CN101446772B

CN101446772B - 用于测量光刻投影设备的聚焦的方法

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Publication number: CN101446772B
Application number: CN2008101733729A
Authority: CN
Inventors: G·C·J·霍夫曼斯; H·A·盖里奇; M·泽伦拉特; S·G·K·麦格纳森
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: US8289516B2; SG153023A1; EP2063321A2; KR100985834B1; TW200933314A; CN101446772A; KR20090052284A; TWI383273B; US20130003031A1; US20090135389A1; EP2063321A3; JP2009152563A; US8436998B2

Abstract

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)。

Description

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虚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、在光刻技术上的缩小、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(read-out)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。

附图说明

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1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R_y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；

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1，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一起称作辐射系统。

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σ-外部和σ-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1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，通常采用脉冲辐射源，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Mk1至Mk247。图3显示了包括水平和垂直的细小条纹的FOCAL标识MK1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Bossung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Mk1至Mk13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Mk1至Mk13、Mk14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FOCAL标记成像。因此，这种方法会与未来的照明方式(例如在无掩模和EUV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，并且对已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”也可以表示已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126nm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。

尽管以上已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，本发明可以采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。

Claims

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投影设备的衬底台上；

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，

其中，选择所述预定离焦偏置FO，使得所述光刻投影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。

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，使得所述光刻投影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。

4.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。

5.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。

6.一种校准光刻投影设备的方法，该方法包括步骤：

根据权利要求1-5中任一项所述的方法测量焦点；以及

使用所述离焦数据调整所述光刻投影设备的设置。