CN102193327B - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光刻设备和一种器件制造方法。本发明还提供一种配置成确定衬底的水平高度的水平传感器，包括：投影单元，用以将具有基本上周期性的光强度的测量束投影到衬底上；和检测单元，布置用以接收在衬底上被反射之后的测量束，所述检测单元包括：检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅的所述测量束的周期长度的三个或更多个分段部分，其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。

Description

光刻设备和器件制造方法
技术领域
本发明涉及一种水平传感器、一种光刻设备以及一种用在光刻过程中的用于确定衬底的高度图的方法。 
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是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(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在步进机中，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；和所谓的扫描器，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的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。 
图案应该被投影所在的衬底的表面通常不是完全平坦的。而且，衬底可以表现出若干微米的厚度变化。衬底表面的这种平坦度和厚度变化会导致图案的不正确投影，例如由于聚焦误差或成像误差造成。 
为了校正晶片的不平坦度和厚度变化，已经提出来提供一种水平传感器，优选是集成到光刻设备中的水平传感器。这种水平传感器可以用于在图案被投影到衬底上之前确定衬底的高度图。这种高度图随后可以被用于在将图案投影到衬底上期间校正衬底的位置。 
在已知的实施例中，使用光学三角测量的多个点水平传感器被设置用 以确定衬底的高度图。衬底被相对于水平传感器移动，以便确定在跨经衬底的表面上的不同测量位置处的水平高度，从而获得衬底的高度图。 
这种已知的水平传感器的缺点在于，水平传感器的测量范围仅是充分的线性、以获得在大约1μm的高度范围内的可靠的测量结果。这种测量范围小于衬底平坦度和高度的名义变化量。必须实施更多的测量以精确地确定衬底的高度图。 
虽然可以使用线性化技术以提高水平传感器的精确度，但是当使用这种技术时，获得可靠结果的高度范围相对于衬底的平坦度和厚度的名义变化量仍然是相对小的。 
因此，在衬底上的不同测量位置处的水平高度的测量期间，需要闭环高度控制，以将相应的测量位置保持在水平传感器的可靠的测量范围内。以此方式，优选使用水平传感器提供精确结果的小的高度范围。然而，对闭环高度控制的需求限制了水平传感器的测量速度，因为衬底必须连续地进行重新定位、以便将随后的测量位置保持在水平传感器的可靠的测量范围内。 
而且，对闭环高度控制的需求使得在实践中很难实现在多个测量位置同时进行高度测量(如果不是不可能实现在多个测量位置同时进行高度测量)，因为多个测量位置不能够同时布置在相同的有限的水平传感器测量范围内。 
发明内容
期望地，提供一种替换的水平传感器，用于在光刻设备中，其中水平传感器优选提供在一高度范围内的可靠的测量结果，所述高度范围大于衬底的厚度和平坦度的名义变化量。 
根据本发明的一个实施例，提供一种配置成确定衬底的水平高度的水平传感器，包括： 
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括： 
光源，用以提供测量束，和 
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度， 
检测单元，布置用以在测量束在衬底上反射之后接收测量束，所述检测单元包括： 
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述投影束的周期长度的三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个被反射测量束部分，和 
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和 
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。 
根据本发明的一个实施例，提供一种光刻设备，包括： 
照射系统，配置成调节辐射束； 
支撑结构，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化的辐射束； 
衬底台，构造成保持衬底；和 
投影系统，配置成将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上， 
其中所述光刻设备包括水平传感器，所述水平传感器配置成测量位于衬底台上的衬底的水平高度，所述水平传感器包括： 
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括： 
光源，用以提供测量束，和 
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度， 
检测单元，布置用以在测量束在衬底上反射之后接收测量束，所述检测单元包括： 
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅的所述投影束的周期长度的三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和 
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和 
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。 
根据本发明的一个实施例，提供一种用在光刻过程中的用于确定衬底的高度图的方法，包括下列步骤： 
提供配置成确定衬底的水平高度的水平传感器，包括： 
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括： 
光源，用以提供测量束，和 
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度， 
检测单元，布置用以在测量束在衬底上反射之后接收测量束，所述检测单元包括： 
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述投影束的周期长度的三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和 
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和 
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度， 
提供衬底， 
通过投影单元将测量束投影在衬底上、通过所述检测单元接收被反射的束以及在处理单元内确定水平高度，在测量位置处测量衬底的高度， 
在衬底上的多个测量位置重复测量步骤，和 
基于水平高度确定衬底的高度图。 
附图说明
下面将参照附图、仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中，相同的附图标记表示相应的元件，在附图中： 
图1示出根据本发明实施例的光刻设备。 
图2示出根据本发明的水平传感器的一个实施例的侧视图。 
图3示出投影光栅(左边)和最终的图像(右边)的示意图。 
图4a示出检测光栅的一个实施例的侧视图； 
图4b示出图4a的检测光栅的细节。 
图5示出具有多个测量位置的水平传感器的一个实施例的俯视图； 
图6示出包括倾斜测量装置的水平传感器的一个实施例的侧视图。 
图7示出用于多测量位置水平传感器的束传递系统的第一实施例的俯视图；和 
图8、9和10示出用于多测量位置水平传感器的束传递系统的第二实施例的俯视图、A-A截面图以及侧视图。 
具体实施方式
图1示意地示出根据本发明一个实施例的光刻设备。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或任何其他合适的辐射)；掩模支撑结构(例如，掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并且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。所述设备还包括衬底台(例如晶片台)WT或“衬底支撑结构”，其构造用于保持衬底(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。所述设备还包括投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，其配置成用于将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。 
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。 
所述掩模支撑结构支撑，即承载图案形成装置的重量。所述掩模支撑结构以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA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MA。掩模支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置MA。掩模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。掩模支撑结构MT可以确保图案形成装置MA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可以用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束B、以便在衬底W的目标部分C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不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。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MA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。掩模在光刻术中是公知的，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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，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。 
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，投影系统的类型可以包括折射型、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体或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“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)。 
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台或“衬底支撑结构”(和/或两个或更多的掩模台或“掩模支撑结构”)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台或支撑结构，或可以在一个或更多个台或支撑结构上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台或支撑结构用于曝光。 
光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便填满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如掩模和投影系统之间 的空间。浸没技术可以用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。 
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SO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SO看成形成光刻设备的一部分，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。在其它情况下，所述源SO可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统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IL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可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL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入射到保持在掩模支撑结构(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MA来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统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和位置传感器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和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。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，可以使用形成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT或“衬底支撑结构”的移动。在步进机的情况下(与 扫描器相反)，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来对准掩模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，但是它们可以位于目标部分C之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。 
可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中： 
1.在步进模式中，在将掩模台MT或“掩模支撑结构”和衬底台WT或“衬底支撑结构”保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT或“衬底支撑结构”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，在对掩模台MT或“掩模支撑结构”和衬底台WT或“衬底支撑结构”同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT或“衬底支撑结构”相对于掩模台MT或“掩模支撑结构”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动态曝光中所述目标部分C的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分C的高度(沿所述扫描方向)。 
3.在另一种模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT或“掩模支撑结构”保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT或“衬底支撑结构”进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT或“衬底支撑结构”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)的无掩模光刻术中。 
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。 
在图1中，示出根据本发明的水平传感器1在光刻设备中的可能位置。 衬底支撑结构WT和支撑其上的衬底W以虚线表示位于衬底的测量位置上。在该测量位置上，衬底W的水平高度可以确定。 
水平传感器 
图2示出总体用附图标记1表示的水平传感器。水平传感器1配置成确定衬底2的高度图。该高度图可以用于在将图案投影至衬底2上的过程中校正衬底的位置。水平传感器可以布置在单独设置的装置上，但是，优选是集成在如图1所述的光刻设备中。 
水平传感器1包括投影单元3、检测单元4以及处理单元5。投影单元3包括光源6和投影光栅7。光源6可以是任何合适的光源。优选地，是宽带光源，但是偏振的或非偏振的激光束也是可以使用的。光源6提供测量束，其被引导至投影光栅7。 
投影光栅7包括周期性的光栅，即具有周期结构的图案，其导致测量束的光强度具有周期结构。图3的左侧示出这种具有周期结构的投影光栅的一个示例。具有周期性光强度的测量束通过光学反射器9被引导朝向测量位置8。衬底位于测量位置8。可以设置其他光学元件以引导测量束朝向衬底2。在测量位置8，测量束在衬底2上被反射并传递经过第二光学反射器10，以及可能的其他光学元件至检测单元4。检测单元4包括检测光栅11和三个检测器12a、12b、12c。 
检测光栅11包括如图4所示的周期结构。周期结构的每一个周期包括三个分段部分13a、13b、13c的阵列。分段部分的阵列内的每个分段部分的顶表面相对于测量束14的入射角具有不同的角度。结果，测量束被三个分段部分分成三个测量束部分14a、14b、14c，每一个方向朝向三个检测器(例如光电二极管或其他能够测量光强度的元件)12a、12b、12c中的一个。 
因为分段部分阵列的分段部分的结构是周期性的，每个分段部分阵列的每一个对应的分段部分13a、13b、13c引导由该分段部分接收的测量束的所述部分朝向相关的检测器14a、14b以及14c。因此，所有第一分段部分13a引导测量束的光朝向第一检测器14a，具有周期结构的第二分段部分13b是朝向第二检测器14b，具有周期结构的第三分段部分13c是朝向第三检测器14c。 
测量的光强度被处理单元5接收，其中基于被不同的检测器接收的光强度，可以推断衬底2的水平高度，如下面示例性实施例中解释的那样。 
再参照图3，在图3左侧示出的周期结构由长度L为大约30μm和宽度W为大约4μm的菱形形状构成。由于用在水平传感器中的成像光学元件的小的NA，在投影光栅的宽度方向上的周期性不被分辨，而投影光栅7的长度L方向的周期性被分辨。要注意的是，在替换的实施例中，该周期性也可以在宽度方向上被分辨。 
在图3的右侧，示出衬底2上的该周期结构的最终的投影图像。图3中的图像示出，该投影图像在投影光栅7的长度方向上具有周期性。这种图像在衬底2的顶表面上被反射朝向检测单元4。由检测单元4的检测光栅11接收的强度分布可以是接近正弦强度分布，其中强度依赖于长度方向变量x和由晶片高度引起的图像的偏移s。 
I＝A+Bcos(x+s) 
在该等式中，正弦变化的节距被选择成等于2π。图像的偏移s由晶片高度确定。必须确定这种偏移以计算在相应的测量位置8处的衬底的高度，同时考虑未知的且是变量的参数A和B。 
为了说明，图4示出三个分段部分13a、13b以及13c上的正弦强度分布的空间图像AI。分段部分13a、13b、13c的每一个接收强度分布的其他部分。由于分段部分13a、13b、13c的不同角度，强度分布的每一部分被引导至检测器12a、12b、12c的对应的一个。由检测器12a、12b、12c接收的光强度被引导至处理单元5，以便确定衬底在测量位置8处的水平高度。 
由检测器12a、12b、12c的每一个接收的光强度D1、D2以及D3可以用下面的关系式表示： 
D 1 = 2 π 3 A + B [ sin ( - π 3 + s ) - sin ( - π + s ) ] D 2 = 2 π 3 A + B [ sin ( π 3 + s ) - sin ( - π 3 + s ) ] D 3 = 2 π 3 A + B [ sin ( π + s ) - sin ( π 3 + s ) ]
从具有三个未知变量的三个关系式，可以得出两个正交信号。 
B cos ( s ) = 2 D 2 - D 1 - D 3 3 3 B sin ( s ) = D 1 - D 3 3
这两个正交信号允许对应s的所有值得出s的值，因此不存在线性误差和对衬底高度改变为零敏感的死区。结果，水平传感器1适于在超过+/-5μm、甚至+/-10μm的相对大的高度范围内确定衬底的高度。因此，在水平高度的测量期间避免需要闭环高度控制。 
在替换的实施例中，对于测量束的每一个周期，检测光栅可以包括四个或更多个分段部分。在图4示出的实施例中，分段部分13a、13b、13c每一个具有相同的长度ls。在替换的实施例中，分段部分可以具有不同的长度，只要分段部分的整个阵列的长度对应投影到检测光栅11上的测量束的图像的周期。 
分段部分的顶部表面相对于检测光栅11的主平面的角度是大约-15°、0°以及15°。对于每个分段部分还可以应用任何其他合适的角度。在这些角度之间的差异应该足够大，以便将测量束分成三个可区分的束部分，这些束部分被引导至三个不同的检测器12a、12b、12c，使得可以确定三个束部分之间的强度差值。 
因为可以以开环回路并且在相对大的高度范围内测量衬底2的水平高度的测量值，水平传感器1适于同时测量在多个测量位置8处的水平高度。为了将水平传感器1的测量位置8定位在衬底2上的不同位置，可以应用 不同的方法。 
在一个实施例中，可以以扫描移动的方式沿水平传感器1移动衬底2。因为不需要闭环高度控制，这种移动可以以恒定的速度进行，由此避免在确定衬底的水平高度期间需要加速支撑衬底2的衬底支撑结构。在替换的实施例中，可以在衬底2上面移动水平传感器1，同时将衬底保持静止。在另一实施例中，水平传感器1和衬底可以都移动以获得优化的路径，用以在衬底的表面上移动测量位置。 
在有利的实施例中，水平传感器可以设置有可移动的光引导装置，其配置成在不移动整个水平传感器和/或衬底的情况下在衬底上的不同位置上引导测量束。利用这种水平传感器，至少衬底的一部分的高度，例如测量位置的线可以在整个水平传感器和/或衬底不需要移动的情况下进行测量。在这种实施方式中，衬底相对于水平传感器的较少的移动或较少的复杂移动对获得整个衬底的高度图是必要的。 
图5示出水平传感器101的另一实施例。在图5的水平传感器101中，图2中的实施例的相同或类似特征用相同的附图标记示出。 
水平传感器101配置成测量在跨经衬底2的宽度的线上间隔设置的不同测量位置108处的衬底的高度。对于每个测量位置108，水平传感器101包括图2中示出的水平传感器的部件。因此，每个测量位置108与包括光源6和投影光栅7的投影单元、以及包括检测光栅11和多个检测器(未示出)的检测单元相关。此外，设置光学元件9和10以引导来自投影单元的测量束至测量位置，并在衬底2上反射之后从测量位置到检测单元。 
在示出的实施例中，对于每个测量位置108，提供一个光源6、一个检测光栅11以及一组三个或更多个检测器。一个投影光栅7和一组光学元件9和10用于所有测量位置。为此，投影光栅7和光学元件沿测量位置108延伸。 
在替换的实施例中，可以提供一个检测光栅11以用于所有测量位置8。也可以是例如投影光栅、检测光栅等一个或多个部分被设置用于多个但不是所有测量位置8。 
图5中示出的水平传感器配置成测量在十二个测量位置8处的衬底的高度。衬底的整个宽度可以由测量位置8的线覆盖。在需要的时候，可以 提供更多个或较少的测量位置8。测量位置8还可以以与图5的实施例中示出的沿一条线的结构不同的另一结构形式布置。 
图2中示出的水平传感器1的结构尤其适于用于多测量位置水平传感器，因为水平传感器能够测量在相对大的高度范围内的衬底2表面的高度。通常，这种对于测量的较大的高度范围比衬底的厚度和平坦度的正常变化量大。这种较大的测量范围消除对闭环高度控制的需要(现有技术的水平传感器中存在对闭环高度控制的需要)。其结果是，图5的水平传感器可以用于同时测量在多个测量位置8处的衬底高度，而不存在由于衬底在不同测量位置处的高度之间的高度差导致需要校正衬底的位置。 
可以沿衬底移动多个测量位置8以获得衬底2上的多个位置的高度信息。可以通过水平传感器101的移动、衬底2的移动和/或水平传感器101的光引导元件的移动(例如光学元件9和10的移动)实现这种移动。也可以将这些移动的组合用于获得用于在实际光刻过程期间衬底的校正移动的衬底2的高度图。 
倾斜测量装置 
图2示出水平传感器1，其能够以相对高的精确度测量衬底的高度。水平传感器可以提供在+/-5μm或甚至+/-10μm、或可能甚至更高的高度范围内的可靠的测量。然而，当投影光栅的图像相对于检测光栅变得散焦，水平传感器可以变得对衬底关于x轴线的倾斜敏感。虽然这种影响小，但是衬底2的倾斜可以被测量，并且在确定衬底的高度图时进行考虑。通过考虑衬底的倾斜对所确定的高度进行校正可以进一步地提高高度图的精确度。下面将介绍能够测量衬底倾斜的水平传感器的示例。 
图6示出图2中的水平传感器，其还包括倾斜测量装置20。倾斜测量装置20布置成至少部分地接收被反射的测量束，并配置成提供表示衬底相对于名义平面21关于x轴线(Rx)的倾斜的倾斜信号。倾斜测量装置20连接至处理单元5，以提供倾斜信号至处理单元5，以便在需要的时候校准通过水平传感器1测量的水平高度。 
在水平传感器1中，衬底2上反射的测量束被作为部分反射镜的光学元件10接收，其反射测量束的主要部分(例如光强度的80％)朝向检测单元4。 
测量束的其余部分透射通过部分反射镜并在倾斜测量装置20内用于检测衬底的倾斜。测量束的其余部分在图6中用倾斜测量束22表示。 
倾斜测量束22由分束装置23接收。分束装置23配置成将倾斜测量束分成两个部分，每个部分被引导至两个倾斜检测器24、25中的一个。分束装置23包括彼此反向放置的两个楔形件。由下楔形件接收的倾斜测量束的部分被引导至倾斜检测器24，由上楔形件接收的倾斜测量束的部分被引导至倾斜检测器25。分束装置23的两个楔形件以对倾斜敏感的方向放置。 
由两个倾斜检测器24、25接收的光的相对量之间的比值的对比表示衬底的倾斜。例如，当衬底如图6中的箭头T表示的那样倾斜时，由上楔形件接收的倾斜测量束22的部分将增大，同时由下楔形件接收的部分将减小。由两个倾斜检测器24、25接收的光的量之间的差值可以标准化，以确定由倾斜检测器24、25接受的光之间的小的强度差异。这种由倾斜检测器24、25接受的光量的对比得出衬底2的小的倾斜变化量的检测结果。 
图6的倾斜测量装置仅是倾斜传感器的示例，其可以用于测量衬底的倾斜以校正由倾斜测量装置20确定的高度。也可以应用任何其他能够测量衬底倾斜的倾斜测量装置20。通常，期望测量关于与水平传感器的测量束所在的平面相垂直的轴线的倾斜。在示出的实施例中，测量束在y-z平面内行进；因此将要被测量的倾斜是衬底关于x-轴线(Rx)的倾斜。 
图6中示出的倾斜测量装置20可以构造成非常紧凑，并因此适于应用在水平传感器系统用于如图5所示的多个测量位置。在这种水平传感器中，对于多个测量位置的每一个测量位置，倾斜测量装置20可以配置成测量每个测量位置8处的衬底倾斜变量，使得对于每个测量位置8、由水平传感器101确定的高度可以针对衬底2的倾斜进行校正。 
测量束传递系统 
在图5中，示出水平传感器101的俯视图，其配置成测量在多个测量位置8处的衬底2的水平高度。这种水平传感器101提供同时在不同的测量位置8处测量衬底2的高度的可能性。这种水平传感器还提供沿衬底2 的表面用于开路扫描测量位置的可能性。当需要的时候，衬底2的倾斜可以通过一个或多个倾斜测量装置进行测量，以校正由水平传感器1测量的高度，以对于由于衬底2的倾斜带来的任何影响来校正所测量的高度。 
虽然这种水平传感器提供快速地且精确地确定衬底2的高度图的可能性，图5中示出的水平传感器需要在衬底2之上具有相当大的空间。这种空间在光刻设备中衬底上面可能不总是可利用的。 
为了更有效地利用在光刻设备中可利用的空间，图7示出替换的束传递方法，其用以在衬底的多个测量位置处提供测量束，其中多个测量位置8布置在一条线上。衬底2布置在测量位置，即水平传感器的至少一个测量位置8定位在衬底2的某个位置，使得可以实施衬底2的高度测量。 
对于每个测量位置8，提供光源6、投影光栅7、检测光栅11和三个检测器(未示出)。水平传感器的这些部件同样对应图2和5中示出的在水平传感器中使用的部件。然而，光源6和投影光栅7设置在邻近衬底2的一侧，而检测光栅11和检测器设置在邻近衬底2的另一侧。不同的部件可以设置在相对于衬底2的不同的高度上，但是在示出的实施例中所有的部件布置在比衬底2高的水平高度处。 
这种布置的优点在于，没有部件布置在衬底2之上，并且在衬底2的一侧的所有部件相对于彼此靠近地布置，这导致对于在光刻设备内的所有部件所需的相对小的空间。 
要注意的是，术语“邻近”被用于表示在垂直于衬底主平面投影时位于衬底的外侧的位置。术语“之上”或“下面”表示在垂直于衬底主平面投影时位于衬底内的位置。 
图8、9和10示出另一实施例，其中对于水平传感器的测量束所需要的空间可以进一步减小。在图8、9和10的实施例中，反射条30、31设置在衬底2之上。反射条30、31每一个设置有倾斜的反射表面30a、31a(见图9)。 
倾斜表面30a、31a的角度优选相对于水平面是相等的，并且被引导朝向衬底的表面。该角度被选择成使得由反射条30接收的位于基本水平面内的测量束被反射朝向衬底2上的测量位置8。在测量位置8，测量束被反射回来朝向反射条31。反射束在与反射束在反射条30上被反射所在 的高度相同的高度处被反射条31接收。通过反射条31，测量束沿基本上水平方向被引导至检测单元4。 
在检测单元4中，可以设置另外的光学元件用以检测表示衬底2的高度的信号。这些信号可以用于确定在处理单元内的测量位置处衬底2的高度，其中所述处理单元可以布置在检测单元4内或任何其他合适的位置。水平传感器的部件可以对应于上述实施例的部件，但是还可以使用任何其他合适的水平传感器装置。 
传感器部件用投影单元3和检测单元4表示。投影单元4配置成提供多个测量束以测量在衬底2上的不同测量位置8处的水平高度。所有的测量束设置在基本上相等的高度上，并且被引导至反射条30。所有的被反射的测量束在基本上相等高度处被反射条31接收并引导朝向检测单元4。 
图8、9以及10中示出的实施例中的测量束传递装置的优点在于，测量束可以被保持在相对于衬底2的相对低的水平高度处，同时投影单元3和检测单元4布置成邻近衬底，其中可以利用较多的空间来设置这些单元3、4。 
在图8、9以及10中示出的实施例中，仅示出三个测量位置8。在实际应用中，可以沿一条线或以任何其他合适的结构设置更多的测量位置8(例如超过50个测量位置)。此外，可以移动衬底2以在衬底表面上面移动测量位置8，以便确定在衬底的全部表面上的衬底的水平高度，从而确定衬底的高度图。这种移动可以通过移动水平传感器和/或移动衬底或通过任何其他合适的方法来实现。 
要注意的是，图7、8、9以及10中示出的实施例中的投影单元3和/或检测单元4可以包括补偿装置，以在需要时补偿不同的测量束之间的测量束路径长度中的任何不同。 
虽然本申请详述了光刻设备在制造ICs中的应用，应该理解到，这里描述的光刻设备可以有其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、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看到，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”或“管芯”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。在可应用的情况下，可以将这里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。 
虽然上面详述了本发明的实施例在光学光刻中的应用，应该注意到，本发明可以有其它的应用，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。 
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(UV)(例如具有或约为365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(EUV)(例如具有在5-20nm范围的辐射)，以及粒子束，例如离子束或电子束。 
在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学构件。 
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或具有存储其中的所述计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。 
上面的说明书是示例性的而不是限定的。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。 
1.一种配置用于确定衬底的水平高度的水平传感器，包括： 
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括： 
光源，用以提供测量束，和 
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度， 
检测单元，布置用以接收在衬底上反射之后的测量束，所述检测单元包括： 
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述测量束的周期长度三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和 
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和 
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。 
2.根据方面1所述的水平传感器，其中所述周期性的光强度具有正弦曲线形状。 
3.根据方面1所述的水平传感器，其中检测光栅包括三个或更多个分段部分的多个相邻阵列，每一个具有三个或更多个分段部分的阵列的长度基本上等于所述周期性的光强度的周期。 
4.根据方面1所述的水平传感器，其中所述水平传感器包括用以将多个测量束投影朝向衬底的多个投影单元，和用以接收在衬底上反射之后的多个测量束的多个检测单元。 
5.根据方面4所述的水平传感器，其中多个投影单元的投影光栅集成在单一的投影光栅元件内。 
6.根据方面4所述的水平传感器，其中多个检测单元的所述检测光栅集成在单一的光栅元件内。 
7.根据方面4所述的水平传感器，其中多个投影单元配置成将多个测量束投影朝向多个测量位置，其中所述多个测量位置布置在测量线上。 
8.根据方面1所述的水平传感器，其中三个或更多个分段部分的至少一个阵列的顶表面相对于测量束的入射角具有不同的角度。 
9.根据方面1所述的水平传感器，其中水平传感器还包括倾斜测量装置，其中倾斜测量装置布置用以至少部分地接收被反射的测量束，并且配 置成提供表示衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。 
10.根据方面9所述的水平传感器，其中倾斜测量装置连接至处理单元以将倾斜信号提供至处理单元，以便基于衬底的倾斜校正由测量装置测量的水平高度。 
11.根据方面1所述的水平传感器，其中投影单元和检测单元布置成当衬底布置在测量位置上时与衬底相邻。 
12.根据方面1所述的水平传感器，其中水平传感器包括：第一反射条，所述第一反射条布置用以接收来自投影单元的多个测量束，并用以引导所述测量束至衬底；和第二反射条，所述第二反射条布置用以接收来自投影单元的被反射的多个测量束，并用以引导测量束至检测单元。 
13.根据方面5所述的水平传感器，其中所述第一反射条配置成在基本上平行于衬底主平面的平面内接收来自投影单元的多个测量束，并且其中所述第二反射条配置成在基本上平行于衬底主平面的平面内引导多个测量束到检测单元。 
14.一种光刻设备，包括： 
照射系统，配置成调节辐射束； 
支撑结构，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化的辐射束； 
衬底台，构造成保持衬底；和 
投影系统，配置成将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上， 
其中所述光刻设备包括水平传感器，所述水平传感器配置成测量位于衬底台上的衬底的水平高度，所述水平传感器包括： 
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括： 
光源，用以提供测量束，和 
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度， 
检测单元，布置用以接收在衬底上被反射之后的测量束，所述检测单元包括： 
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述测量束的周期长度的三个或更 多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和 
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和 
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。 
15.根据方面14所述的光刻设备，其中投影单元和检测单元布置成当衬底布置在测量位置上时与衬底相邻。 
16.一种用在光刻过程中的用于确定衬底的高度图的方法，包括下列步骤： 
提供根据方面1所述的水平传感器， 
提供衬底， 
通过投影单元将测量束投影在衬底上、通过所述检测单元接收被反射的束以及在处理单元内确定水平高度，由此在测量位置处测量衬底的高度， 
对应衬底上的多个测量位置重复测量步骤，和 
基于水平高度确定衬底的高度图。 
17.根据方面16的方法，其中所述水平传感器包括：多个投影单元，用以将多个测量束投影朝向衬底上的多个测量位置；和多个检测单元，用以接收在多个测量位置上被反射之后的多个测量束。 
18.根据方面17的方法，其中在多个测量位置处同时执行衬底的高度的测量步骤。 
19.根据方面17的方法，其中多个测量位置布置在一条线上。 
20.根据方面16的方法，其中所述测量步骤包括相对于水平传感器移动衬底，以将衬底的不同部分布置在水平传感器的测量位置处。 

Claims (15)

1.一种配置用于确定衬底的水平高度的水平传感器，包括：
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括：
光源，用以提供测量束，和
投影光栅，其布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度，
检测单元，布置用以接收在衬底上反射之后的测量束，所述检测单元包括：
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述测量束的周期长度的三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。
2.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述周期性的光强度具有正弦曲线形状。
3.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述检测光栅包括三个或更多个分段部分的多个相邻阵列，每一个具有三个或更多个分段部分的阵列的长度基本上等于所述周期性的光强度的周期。
4.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述水平传感器包括用以将多个测量束投影朝向衬底的多个投影单元，和用以接收在衬底上反射之后的多个测量束的多个检测单元。
5.根据权利要求4所述的水平传感器，其中，所述多个投影单元的投影光栅集成在单一的投影光栅元件内。
6.根据权利要求4所述的水平传感器，其中，所述多个检测单元的所述检测光栅集成在单一的光栅元件内。
7.根据权利要求4所述的水平传感器，其中，所述多个投影单元配置成将多个测量束投影朝向多个测量位置，其中所述多个测量位置布置在测量线上。
8.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列的顶表面相对于测量束的入射角具有不同的角度。
9.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述水平传感器还包括倾斜测量装置，其中所述倾斜测量装置布置用以至少部分地接收被反射的测量束，并且配置成提供表示衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。
10.根据权利要求9所述的水平传感器，其中，所述倾斜测量装置连接至处理单元以将倾斜信号提供至处理单元，以便基于衬底的倾斜校正由测量装置测量的水平高度。
11.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述水平传感器包括：第一反射条，所述第一反射条布置用以接收来自投影单元的多个测量束，并用以引导所述测量束至衬底；和第二反射条，所述第二反射条布置用以接收来自投影单元的被反射的多个测量束，并用以引导测量束至检测单元。
12.根据权利要求11所述的水平传感器，其中，所述第一反射条配置成在基本上平行于衬底主平面的平面内接收来自投影单元的多个测量束，并且其中所述第二反射条配置成在基本上平行于衬底主平面的平面内引导多个测量束到检测单元。
13.一种光刻设备，包括：
照射系统，配置成调节辐射束；
支撑结构，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以形成图案化的辐射束；
衬底台，构造成保持衬底；和
投影系统，配置成将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上，
其中所述光刻设备包括水平传感器，所述水平传感器配置成测量位于衬底台上的衬底的水平高度，所述水平传感器包括：
投影单元，用以将测量束投影到衬底上，所述投影单元包括：
光源，用以提供测量束，和
投影光栅，布置用以接收所述测量束并赋予所述测量束基本上周期性的光强度，
检测单元，布置用以接收在衬底上被反射之后的测量束，所述检测单元包括：
检测光栅，布置成接收被反射的测量束，其中所述检测光栅包括总长基本上等于投影到检测光栅上的所述测量束的周期长度的三个或更多个分段部分构成的至少一个阵列，并且其中所述三个或更多个分段部分配置成将被反射的测量束分成三个或更多个反射测量束部分，和
三个或更多个检测器，每一个布置用以接收所述三个或更多个测量束部分中的一个，和
处理单元，用以基于由三个或更多个检测器接收的所述测量束部分计算水平高度。
14.根据权利要求13所述的光刻设备，其中，所述投影单元和所述检测单元布置成当衬底布置在测量位置上时与衬底相邻。
15.一种用在光刻过程中的用于确定衬底的高度图的方法，包括下列步骤：
提供根据权利要求1所述的水平传感器，
提供衬底，
通过投影单元将测量束投影在衬底上、通过所述检测单元接收被反射的束以及在处理单元内确定水平高度，由此在测量位置处测量衬底的高度，
对于衬底上的多个测量位置重复测量步骤，和
基于水平高度确定衬底的高度图。
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