CN102193330A

CN102193330A - 光刻设备和器件制造方法

Info

Publication number: CN102193330A
Application number: CN2011100592392A
Authority: CN
Inventors: A·J·登勃夫; L·夸迪伊; D·萨里
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2010-03-12
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2011-09-21
Also published as: JP2011192990A; KR20110103362A; TW201142236A; CN102193329A; CN102193327A; JP2011203248A; US8619235B2; JP2011209278A; NL2006129A; TW201135376A; KR101196359B1; CN102193327B; CN102193329B; KR20110103361A; NL2006131A; KR101244395B1; JP5323875B2; TW201135375A; US20110222044A1; NL2006130A

Abstract

本发明公开了一种光刻设备和一种器件制造方法。本发明还提供一种水平传感器，配置用于测量衬底的高度水平，所述水平传感器包括：投影单元，用于将测量束投影到衬底上；检测单元，用于接收在所述衬底上反射之后的所述测量束；处理单元，用于基于由所述检测单元接收的所述被反射的测量束来计算高度水平；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被布置用于至少部分地接收所述被反射的测量束，并且被配置用于提供表示所述衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。

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、一种光刻设备和一种用于确定用在光刻过程中的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(IC)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设置在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，在所述步进机中，通过将整个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，衬底会显示出几微米的厚度变化。衬底表面的这种平坦度和厚度变化可能导致例如由于聚焦误差或成像误差而引起的图案的不正确投影。

为了校正晶片的不平坦以及厚度变化，已经提出提供一种水平传感器，其优选地集成在光刻设备中。这种水平传感器可以用于在图案投影到衬底上之前确定衬底的高度图。这个高度图随后可以在将图案投影到衬底上的过程中用于校正衬底的位置。

在已知的实施例中，提供使用光学三角测量法的多点水平传感器，用于确定衬底的高度图。衬底相对于水平传感器被移动，以确定在衬底表面上不同测量位置处的高度水平，以获得衬底的高度图。

已知的水平传感器的缺点是：可以获得可靠的测量结果的水平传感器测量范围相对较小，典型地在大约1μm的高度范围内。这个测量范围小于衬底的高度和平坦度的正常变化范围。

因此，在衬底上不同测量位置处测量高度水平的过程中需要闭环高度控制，以将各个测量位置保持在水平传感器的可靠的测量范围内。这样，其中水平传感器提供精确结果的小的高度范围被优化使用。然而，闭环高度控制的要求限制了水平传感器的测量速度，因为衬底必须被连续地重新定位，以将后续的测量位置保持在水平传感器的可靠的测量范围内。

此外，闭环高度控制的要求使得在实践中即使不是不可能实现，也是很难实现在多个测量位置处同时地进行高度测量，因为多个测量位置不能同时地布置在水平传感器的相同的有限测量范围内。

能够使用线性化技术增大水平传感器的测量范围。并且，可以提供具有较大测量范围的其他类型的水平传感器和水平面感测技术，以消除对衬底的闭环高度控制的需求。然而，增大测量范围可能会在衬底的高度测量中引入另外的缺陷。对于衬底的高度水平的测量，通常使用在衬底上被反射的测量束。当没有使用闭环高度控制时，水平传感器的焦点高度被调整至预期的衬底高度处或者平均的衬底高度处，即，完全平坦和均匀的衬底的高度处。由于衬底的厚度和平坦度的变化，该预期或平均高度水平不会在所有测量位置处与实际的衬底高度相对应。

在预期或平均衬底高度与实际衬底高度之间的高度差增大的情况下，测量束相对于衬底表面的聚焦对于正确的测量变得愈加重要。

发明内容

期望提供一种用于光刻设备中的可选的水平传感器，该水平传感器优选对于由于水平传感器的测量束的焦点高度而引起的效应更不敏感。

其中测量束在测量位置处相对于局部衬底高度处于离焦的水平传感器可能对衬底的倾斜更敏感。因此，进一步期望提供对衬底的倾斜更不敏感的水平传感器。

根据本发明的实施例，提供一种水平传感器，其配置用于测量衬底的高度水平，包括：

-投影单元，用于将测量束投影到衬底上；

-检测单元，用于接收在衬底上反射之后的测量束；

-处理单元，用于基于由检测单元接收的被反射的测量束来计算高度水平；

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于至少部分地接收被反射的测量束，并且配置用于提供表示衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。

根据本发明的实施例，提供一种光刻设备，包括：

照射系统，其配置用于调节辐射束；

支撑结构，其构造用于支撑图案形成装置，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、以便形成图案化的辐射束；

衬底台，其构造用于保持衬底；以及

投影系统，其配置用于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用于测量衬底台上的衬底的高度水平，所述水平传感器包括：

-投影单元，用于将测量束投影到衬底上；

-检测单元，用于接收在衬底上反射之后的测量束；

根据本发明的实施例，提供一种用于确定用在光刻过程中的衬底的高度图的方法，包括步骤：

-提供水平传感器，所述水平传感器配置用于测量衬底的高度水平，所述水平传感器包括：

-投影单元，用于将测量束投影到衬底上，

-检测单元，用于接收在衬底上反射之后的测量束；

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于至少部分地接收被反射的测量束，并且配置用于提供表示衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号；

-提供衬底；

-通过利用投影单元将测量束投影到衬底上、利用所述检测单元接收被反射的束、并且在处理单元中确定高度水平，测量在测量位置处的衬底高度；

-对衬底上的多个测量位置重复上述测量步骤，以及

-基于高度水平确定衬底的高度图，

其中所述方法还包括：通过倾斜测量装置确定衬底的倾斜，并且其中确定高度水平的步骤包括：基于衬底的所确定的倾斜来校正高度水平。

附图说明

下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的附图标记表示相应的部件，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实施例的侧视图；

图3示出投影光栅(左侧)和所得的图像(右侧)的示意视图；

图4a示出检测光栅的实施例的侧视图；

图4b示出图4a中检测光栅的细节；

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；以及

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、横截面视图和侧视图。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置成用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或任何其他适当的辐射)；掩模支撑结构(例如掩模台)MT，其构造成用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据确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或者“衬底支撑结构”，构造用于保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确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图案形成装置，即承受图案形成装置的重量。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。所述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来保持图案形成装置MA。所述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。所述掩模支撑结构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能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、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)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多个衬底台或“衬底支撑结构”(和/或两个或更多个掩模台或“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。

所述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SO为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源SO考虑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可以包括配置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，所述投影系统将辐射束PS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，所述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，示出在光刻设备中根据本发明的水平传感器1的可能的位置。在衬底的测量位置中，衬底支撑结构WT和支撑在其上的衬底W以虚线示出。在该测量位置中，衬底W的高度水平被确定。

水平传感器

图2示出用附图标记1表示的水平传感器。水平传感器1被配置用于确定衬底2的高度图。该高度图可以用于在衬底2上投影图案的过程中校正衬底的位置。水平传感器可以布置在单独的装置上，但是优选地集成在光刻设备中，如图1所示。

水平传感器1包括投影单元3、检测单元4和处理单元5。所述投影单元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。光源6优选是宽带光源，但是也可以使用经过极化或未经过极化的激光束。光源6提供被引导至投影光栅7的测量束。

投影光栅7包括周期性光栅，即，具有周期性结构而导致其光强度具有周期性结构的测量束的图案。图3的左侧示出这种具有周期性结构的投影光栅的示例。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。衬底位于该测量位置8处。可以设置另外的光学元件、以引导测量束朝向衬底2。在测量位置8处，测量束在衬底2上被反射并且通过第二光学反射器10以及(有可能的话)另外的光学元件而行进至检测单元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包括周期性结构，如图4所示。对于每个周期，该周期性结构包括三个分段13a、13b、13c的阵列。在分段阵列中的每个分段的顶部表面相对于测量束14的入射角具有不同角度。结果，测量束被三个分段分成三个测量束部分14a、14b、14c，每个测量束部分被引导至三个检测器12a、12b、12c(例如能够测量光强度的光电二极管或其他元件)中的一个。

由于分段阵列中的分段的结构是周期性的，因此每个分段阵列中的各个分段13a、13b、13c引导由该分段接收的测量束的相应部分朝向相关的检测器14a、14b和14c。因此，所有第一分段13a将测量束的光引导朝向第一检测器14a，具有周期性结构的第二分段13b将测量束的光引导朝向第二检测器14b，而具有周期性结构的第三分段13c将测量束的光引导朝向第三检测器14c。

测量到的光强度被处理单元5接收，其中基于不同检测器所接收的光强度，衬底2的高度水平能够被推出，正如现在将要作为示例性实施例解释的那样。

再次参考附图3，在图3的左侧示出的周期性结构是由长度L大约为30μm和宽度W为约4μm的菱形形状所配置而成的。由于用在水平传感器中的成像光学元件的数值孔径NA小，所以在投影光栅的宽度方向上的周期性不被分辨，而在投影光栅7的长度方向上的周期性被分辨。应该指出的是，在可选的实施例中，周期性也可以沿着宽度方向被分辨。

在图3的右侧处，示出该周期性结构在衬底2上的所得的投影图像。图3的图像示出投影图像在投影光栅7的长度方向上具有周期性。该图像在衬底2的顶部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由正弦强度分布近似，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)

在这个等式中，正弦变化的节距被选择等于2π。图像的偏移s由晶片高度确定。该偏移s必须被确定、以计算在各个测量位置8处的衬底高度，同时考虑未知和可变的参数A和B。

图4示出三个分段13a、13b和13c之上的正弦强度分布的空间图像AI，以用于说明。每个分段13a、13b、13c接收强度分布的另一部分。由于分段13a、13b和13c的不同角度，强度分布的每个部分被引导至检测器12a、12b、12c中相应的一个。由检测器12a、12b、12c接收的光强度被引导至处理单元5，以确定测量位置8处衬底的高度水平。

由每个检测器12a、12b、12c接收的光强度D1、D2、D3可以通过以下关系描述：

D_{1} = \frac{2 π}{3} A + B [\sin (- \frac{π}{3} + s) - \sin (- π + s)]

D_{2} = \frac{2 π}{3} A + B [\sin (\frac{π}{3} + s) - \sin (- \frac{π}{3} + s)]

D_{3} = \frac{2 π}{3} A + B [\sin (π + s) - \sin (\frac{π}{3} + s)]

由具有3个未知变量的这三个等式，可以导出两个正交信号：

B \cos (s) = \frac{2 D_{2} - D_{1} - D_{3}}{3 \sqrt{3}}

B \sin (s) = \frac{D_{1} - D_{3}}{3}

这两个正交信号允许对于任何s值能够得出s，因此没有线性误差且没有对衬底高度变化零敏感(zero sensitivity)的死区。结果，水平传感器1适于确定在大于+/-5μm(或甚至是+/-10μm)的相对大的高度范围内的衬底高度。因此，消除对测量高度水平过程中的闭环高度控制的需要。

在可选实施例中，对于测量束的每个周期，检测光栅可以包括四个或更多个分段。在图4示出的实施例中，每个分段13a、13b、13c具有相同的长度1s。在可选实施例中，所述分段可以具有不同的长度，只要整个分段阵列的长度与投影到检测光栅11上的测量束的图像的周期相对应即可。

所述分段的顶部表面的角度相对于检测光栅11的主平面是大约-15°、0°和15°。任何其他适当的角度也可以应用于每个分段。所述角度之间的差应该足够大，以便能够将测量束分成三个可区分束部分，所述三个可区分束部分可以被分别引导至三个不同的检测器12a、12b、12c，使得三个束部分之间的强度差能够被确定。

由于衬底2的高度水平的测量能够在开环中被实施，并且在相对较大的高度范围内被实施，因此水平传感器1适于同时测量多个测量位置8处的高度水平。可以采用不同的方法，以将水平传感器1的测量位置8设置在衬底2上的不同位置处。

在一个实施例中，衬底2可以在扫描运动中沿水平传感器1被移动。由于不需要闭环高度控制，因此该运动可以以恒定的速度进行，由此避免在确定衬底的高度水平过程中需要加速用于支撑衬底2的衬底支撑结构。在可选实施例中，水平传感器1可以在衬底2上移动，而衬底为静止的。在另一个实施例中，水平传感器1和衬底均可以移动、以获得在衬底的表面上移动测量位置的优化路径。

在有益的实施例中，水平传感器可以设置有可移动的光引导装置，所述光引导装置配置用于将测量束引导至衬底上的不同位置处，而不用移动整个水平传感器和/或衬底。通过这样的水平传感器，至少衬底的一部分的高度，例如在测量位置的一条线上，可以被测量，而不需要移动整个水平传感器和/或衬底。在这个实施例中，需要衬底相对于水平传感器的较少的移动或较简单的移动，以获得整个衬底的高度图。

图5示出水平传感器101的另一实施例。在图5示出的水平传感器101中，与图2中的实施例相同或相类似的特征用相同的附图标记表示。

水平传感器101配置用于测量沿与衬底2的宽度交叉的一条线间隔开的不同测量位置108处的衬底高度。对于每个测量位置108，水平传感器101包括示出在图2中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，用于将来自投影单元的测量束引导至测量位置，并且在衬底2上被反射之后，从测量位置引导至检测单元。

在示出的实施例中，对于每个测量位置108，设置有一个光源6、一个检测光栅11和一组三个或更多个检测器。对于所有测量位置，有一个投影光栅7和一组光学元件9和10。由于该原因，投影光栅7和光学元件沿着测量位置108延伸。

在可选实施例中，可以设置一个检测光栅11，用于所有测量位置8。并且，可以为多个测量位置8、但不是所有测量位置8设置一个或更多个部件，例如投影光栅、检测光栅，等等。

在图5中示出的水平传感器配置用于测量在十二个测量位置8处的衬底高度。衬底的整个宽度可以被测量位置8的这条线覆盖。在需要时，可以设置或多或少的测量位置8。测量位置8也可以以其他构造布置，而不是如图5的实施例中示出的沿着一条线布置。

图2中示出的水平传感器1的构造尤其适于用在多测量位置水平传感器中，因为水平传感器能够在相对大的高度范围内测量衬底2表面的高度。通常，用于测量的这个较大的高度范围大于衬底的厚度和平坦度的正常变化。这个较大的测量范围消除了如在现有技术的水平传感器中存在的对闭环高度控制的需求。结果，图5的水平传感器能够用于同时测量在多个测量位置8处的衬底高度，而无需由于在不同测量位置处的衬底高度之间的高度差而对衬底的位置进行校正。

多个测量位置8可以沿着衬底移动，以获得在衬底2上的大量位置的高度信息。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，能够获得该移动。并且，这些移动的组合可以用于获得衬底2的高度图，以用于在实际光学过程中衬底的校正移动。

倾斜测量装置

图2示出能够以相对高的精确度测量衬底高度的水平传感器1。水平传感器可以提供+/-5μm或甚至+/-10μm或者可能甚至更大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离焦时，水平传感器对围绕x轴线的衬底倾斜可能变得敏感。虽然这种效应较小，但是在确定衬底的高度图时可以测量并考虑衬底2的倾斜。通过考虑衬底的倾斜而进行的对被确定的高度的校正可以进一步提高高度图的精确度。下面将讨论能够测量衬底的倾斜的水平传感器的示例。

图6示出图2中的水平传感器，所述水平传感器还包括倾斜测量装置20。倾斜测量装置20布置用于至少部分地接收被反射的测量束，并且配置用于提供表示衬底围绕x轴线(Rx)相对于名义平面21的倾斜的倾斜信号。倾斜测量装置20被连接至处理单元5，用于将倾斜信号馈送至处理单元5，以便在需要时校正由水平传感器1测量的高度水平。

在水平传感器1中，在衬底2上反射的测量束由光学元件10接收，所述光学元件10是向检测单元4反射测量束的主要部分(例如，光强度的80％)的部分反射镜。

测量束的剩余部分透射通过部分反射镜，并且用于在倾斜测量装置20中检测衬底的倾斜。测量束的剩余部分示出在图6中，用作倾斜测量束22。

倾斜测量束22由分束装置23接收。分束装置23配置用于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包括彼此倚靠设置的两个楔形件。倾斜测量束的被下楔形件接收的部分被引导至倾斜检测器24，倾斜测量束的被上楔形件接收的部分被引导至倾斜检测器25。分束装置23的两个楔形件沿对倾斜敏感的方向间隔开。

由两个倾斜检测器24、25接收的光的相对量之间的比例的比较表示衬底的倾斜。例如，当衬底如图6中的箭头T所示倾斜，倾斜测量束22的由上楔形件接收的部分将增加，而由下楔形件接收的部分将减少。由两个倾斜检测器24、25接收的光量之间的差能够被归一化，以确定由倾斜检测器24、25接收的光之间的小的强度差。由倾斜检测器24、25接收的光量的这种比较导致对衬底2的小的倾斜变化的检测。

图6的倾斜测量装置仅仅是能够用于测量衬底的倾斜、以校正由倾斜测量装置20确定的高度的倾斜传感器的示例。也可以应用能够测量衬底的倾斜的任何其他倾斜测量装置20。通常，期望测量围绕与水平传感器的测量束行进所在的平面垂直的轴线的倾斜。在示出的实施例中，测量束在y-z平面中行进，这样，所测量的倾斜是衬底围绕x轴线(Rx)的倾斜。

如图6所示的倾斜测量装置20可以构造得非常紧凑，因此适于应用于图5中所示的用于多测量位置的水平传感器系统。在这种用于多测量位置中的每个测量位置的水平传感器中，可以设置倾斜测量装置20，用于针对每个测量位置8测量衬底的倾斜变量，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的倾斜而被校正。

测量束传递系统

在图5中，水平传感器101的俯视图被示出，所述水平传感器101配置用于测量多个测量位置8处的衬底2的高度水平。该水平传感器101提供一种同时测量不同测量位置8处的衬底2的高度的可能性。该水平传感器还提供沿着衬底2的表面对测量位置进行开环扫描的可能性。当需要时，衬底2的倾斜可以由一个或更多个倾斜测量装置测量，以校正由水平传感器1测量的高度，从而针对由于衬底2的倾斜引起的任何效应而校正被测量的高度。

虽然该水平传感器提供快速和精确地确定衬底2的高度图的可能性，然而，图5所示的水平传感器需要在衬底2上方留有充分的空间。在光刻设备中可能不是在衬底上方总是具有可用的这种空间。

为了更有效地使用在光刻设备中可得到的所述空间，图7示出一种可选的束传递方法，用于在多个测量位置8布置在一条线上的衬底上的多个测量位置处提供测量束。衬底2布置在测量位置中，即水平传感器的测量位置8中的至少一个位于衬底2上的某个位置，使得衬底2的高度测量能够被执行。

对于每个测量位置8，设置光源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地与用在图2和5中所示的水平传感器中的部件相对应。然而，光源6和投影光栅7被设置在邻近衬底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。不同的部件可以相对于衬底2位于不同的高度上，但是在所示的实施例中，所有的部件布置在比衬底2高的高度水平上。

这种布置的优点在于，没有部件设置在衬底2上方，并且衬底2的一侧处的所有部件布置成彼此相对靠近，使得对于光刻设备中的所有部件需要相对小的空间。

应该指出的是，术语“邻近”用于表示当垂直投影到衬底的主平面上时处于衬底外部的位置。术语“上方”或“下方”表示当垂直投影到衬底的主平面上时位于衬底之内的位置。

图8、9和10示出还一实施例，其中水平传感器的测量束所需的空间能够进一步被减小。在图8、9和10所示的实施例中，反射条30、31设置在衬底2上方。每个反射条30、31设置有倾斜反射表面30a、31a(参见图9)。

优选地，倾斜表面30a、31a相对于水平面的角度是相等的，并且被引导朝向衬底的表面。所述角度被选择成使得在基本上水平的面中由反射条30接收的测量束被朝向衬底2上的测量位置8反射。在测量位置8处，测量束被朝向反射条31反射回来。被反射的束在与其在反射条30上被反射所在的高度基本上相同的高度处在反射条31上被接收。测量束沿基本上水平的方向被从反射条31引导至检测单元4.

在检测单元4中，可以设置其他光学元件，用于检测表示衬底2的高度的信号。这些信号可以用于在处理单元中确定在测量位置处的衬底2的高度，所述处理单元可以布置在检测单元4中或者布置在任何其他适当的位置处。水平传感器的部件可以与上述实施例的部件相对应，但是也可以使用任何其他适当的水平传感器装置。

由投影单元3和检测单元4表示出传感器部件。投影单元4配置用于提供多个测量束，以测量在衬底2上的不同测量位置8处的高度水平。所有测量束设置在基本上相同的高度处，并且被引导至反射条30。所有被反射的测量束在基本上相同的高度处被反射束31接收，并且被引导朝向检测单元4。

在图8、9和10中示出的实施例的测量束传递装置的优点在于，所述测量束可以被相对于衬底2保持在相对低的高度水平上，而同时投影单元3和检测单元4布置在邻近所述衬底的位置处，在该位置处，可以为设置这些单元3、4提供更多的空间。

在图8、9和10所示的实施例中，仅示出三个测量位置8。实践中，可以使更多测量位置8，例如多于50个的测量位置，布置在一条线上或布置在任何其他合适的构造中。此外，衬底2可以被移动，以在衬底表面上移动测量位置8，以确定整个衬底表面上的衬底的高度水平，从而确定衬底的高度图。可以通过水平传感器的移动和/或衬底的移动或通过任何其他合适的方法实现所述移动。

应该指出的是，图7、8、9和10的实施例的投影单元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测量束之间的测量束路径长度的任何差异。

虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs(集成电路)，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以在制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件方面有其他应用，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认识到，在这种替代应用的情况中，可以将这里使用的任何术语“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。

虽然以上已经做出了具体的参考，在光学光刻术的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以有其它的应用，例如压印光刻术，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。在压印光刻术中，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(UV)辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)以及极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

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、电磁型的和静电光学部件。

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。

以上描述旨在进行解释，而不是限制性的。因而，本领域普通技术人员可以理解，在不背离所附权利要求的保护范围的情况下可以对所描述的发明进行变更。

Claims

1.一种水平传感器，配置用于测量衬底的高度水平，所述水平传感器包括：

投影单元，用于将测量束投影到衬底上；

检测单元，用于接收在所述衬底上反射之后的所述测量束；

处理单元，用于基于由所述检测单元接收的所述被反射的测量束来测量高度水平；

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于至少部分地接收所述被反射的测量束，并且配置用于提供表示所述衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。

2.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述倾斜测量装置连接至所述处理单元，用于将所述倾斜信号馈送至所述处理单元，以便基于所述衬底的倾斜来校正由所述测量装置测量的所述高度水平。

3.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述倾斜测量装置包括至少两个倾斜检测器，用于接收所述被反射的测量束，其中所述至少两个倾斜检测器沿对倾斜敏感的方向间隔开，并且其中由所述两个倾斜检测器接收的相对光量之间的比例的比较表示所述衬底的倾斜。

4.根据权利要求3所述的水平传感器，其中，所述处理单元配置用于进行所述比较。

5.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述倾斜测量装置包括分束装置，用于将所述测量束分成两个部分，每个部分被引导至两个倾斜检测器中的一个，其中由所述两个倾斜检测器接收的相对光量之间的比例的比较表示所述衬底的倾斜。

6.根据权利要求5所述的水平传感器，其中，所述处理单元配置用于进行所述比较。

7.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部分反射的反射镜，其中所述部分反射的反射镜布置用于接收所述被反射的测量束，并且将所述被反射的测量束分成将由所述检测单元接收的第一部分和将由所述倾斜测量装置接收的第二部分。

8.根据权利要求7所述的水平传感器，其中，所述部分反射的反射镜的反射性强于透射性。

9.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述投影单元包括：用于提供测量束的光源；以及投影光栅，所述投影光栅布置用于接收所述测量束，并且将周期性光强度赋予所述测量束，其中所述检测单元包括：检测光栅，所述检测光栅布置用于接收所述被反射的测量束；以及至少一个检测器，所述至少一个检测器布置用于接收所述测量束。

10.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述倾斜测量装置配置用于确定所述衬底围绕与所述测量束行进所在的平面相垂直的轴线的倾斜。

11.根据权利要求1所述的水平传感器，其中，所述测量束在y-z平面中行进，并且所述倾斜测量装置配置用于确定所述衬底围绕x轴线的倾斜(Rx)。

12.一种光刻设备，包括：

照射系统，其配置用于调节辐射束；

支撑结构，其构造用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在所述辐射束的横截面上赋予辐射束、以便形成图案化的辐射束；

衬底台，其构造用于保持衬底；以及

投影系统，其配置用于将所述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用于测量所述衬底台上的衬底的高度水平，所述水平传感器包括：

-投影单元，用于将测量束投影到所述衬底上；

-检测单元，用于接收在所述衬底上反射之后的所述测量束；

-处理单元，用于基于由所述检测单元接收的所述被反射的测量束来计算高度水平，

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于至少部分地接收所述被反射的测量束，并且配置用于提供表示所述衬底相对于名义平面的倾斜的倾斜信号。

13.根据权利要求12所述的光刻设备，其中，所述倾斜测量装置连接至所述处理单元，用于将所述倾斜信号馈送至所述处理单元，以便基于所述衬底的倾斜来校正由所述测量装置测量的所述高度水平。

14.一种用于确定衬底的高度图的方法，包括步骤：

-提供如权利要求1所述的水平传感器；

-提供衬底；

-通过利用所述投影单元将测量束投影到所述衬底上、利用所述检测单元接收所述被反射的束、并且在所述处理单元中确定高度水平，测量在测量位置处的所述衬底的高度；

-对所述衬底上的多个测量位置重复所述测量步骤，以及

-基于所述高度水平确定所述衬底的高度图，

其中所述方法还包括：通过所述倾斜测量装置确定所述衬底的倾斜，并且其中确定高度水平的步骤包括：基于所述衬底的所述确定的倾斜来校正高度水平。