CN105051611A - 图案形成装置、在衬底上生成标记的方法以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图案形成装置，用于通过光学投影在衬底上形成标记，所述图案形成装置包括具有周期性的密度分布的标记图案，基础空间频率对应于待形成的标记的期望的周期性。所述密度分布相对于具有基频的简单二元分布被调制(例如正弦曲线地)，以便抑制所述基频的一个或多个谐波。

Description

图案形成装置、在衬底上生成标记的方法以及器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月14日递交的美国临时申请61/784,803的权益，并且其通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种适于用在光刻设备中的具有标记图案的图案形成装置、在衬底上生成标记的方法以及使用图案形成装置的器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种将期望的图案应用到衬底上，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将要在所述IC的单层上形成的电路图案。这种图案可以被转移到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括部分管芯、一个或若干个管芯)上。通常，图案转移是通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上而实现的。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻的目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进机，在步进机中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；和所谓的扫描机，在扫描机中通过沿给定方向(“扫描”方向)用辐射束扫描图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描衬底，而照射每个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转移至衬底。

在图案形成装置和衬底上使用标记可以实现和监控连续的形成图案的层之间的对准。

标记可以用于晶片相对于晶片台以及最终相对于掩模的图像的对准。这种标记可以称作“晶片对准”标记。

另一种类型的标记可以用于先前已经执行的对准的测量中，而不是实现对准本身。这种标记可以称作“过程修正”标记。这些标记与电路图案一起被曝光。在曝光以及随后的处理(例如显影和蚀刻)之后，所述标记然后使用离线检查设备(测量工具)被检查。该检查设备可以测量在两个不同层中曝光的标记之间的位置差异。使用晶片衬底的一个示例性的顺序是：使用光刻设备曝光在抗蚀剂中的第一层中的第一标记。通过蚀刻对抗蚀剂进行显影并将图案转移到晶片上。执行晶片的进一步的处理(例如材料的添加和/或移除)。用抗蚀剂涂敷晶片。使用光刻设备曝光第二标记。对抗蚀剂进行显影。在离线检查设备上测量两个标记之间的相对位置。测量数据被处理并反馈给光刻设备。当曝光新的晶片时，该数据被用于修正(任一层的)曝光的对准。

如果在衬底上的任一类型的标记没有被合适地应用于衬底上，那么在对准过程或修正过程期间对准的精度可能分别被降低。

发明内容

期望的是，将标记合适地应用于衬底，以便提高对准过程和/或修正过程期间的对准的精度。

根据第一方面，提供了一种图案形成装置，用于通过光学投影在衬底上形成标记，所述图案形成装置包括具有沿至少第一方向呈周期性的密度分布的标记图案，所述标记图案的周期性的密度分布的基础空间频率对应于待形成的标记的期望的周期性，其中所述密度分布相对于具有基频的简单二元分布被调制，以便抑制所述基频的一个或多个谐波。

根据第二方面，提供了一种在衬底上生成标记的方法，所述方法包括：用辐射照射第一方面的图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，以及使用该图像通过光刻过程在衬底上形成标记。

根据第三方面，提供了一种衬底，所述衬底包括使用第二方面的方法生成的标记。

根据第四方面，提供了一种器件制造方法，所述方法包括用辐射照射第一方面的图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，使用该图像通过光刻过程在衬底上形成标记，以及使用所形成的标记对准后续的光刻过程，所述后续的光刻过程包括：用电路图案的图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂，同时使用所形成的标记对准曝光或修正曝光的对准，显影该抗蚀剂以形成抗蚀剂集成电路图案，以及通过蚀刻将抗蚀剂集成电路图案转移到衬底上，以形成器件的集成电路。

根据第五方面，提供了一种图案形成装置，用于与光学投影系统一起使用，所述图案形成装置包括周期性标记图案，该周期性标记图案在每个周期内具有相对于光学投影系统的成像分辨率为亚分辨率的图案特征，周期性标记图案被配置为近似非矩形的周期性图案，以相比不具有亚分辨率的图案特征的矩形周期性标记图案的图像，抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的至少一个谐波。

根据第六方面，提供了一种在衬底上生成周期性标记的方法，所述方法包括：用辐射照射第五方面的图案形成装置，使用光学投影系统将周期性标记图案的图像投影到衬底上，以及使用该图像在衬底上形成周期性标记。

根据第七方面，提供了一种衬底，所述衬底包括使用第六方面的方法生成的周期性标记。

提供第八方面，提供了一种器件制造方法，所述方法包括用辐射照射第五方面的图案形成装置，将周期性标记图案的图像投影到衬底上，使用该图像、通过光刻过程在衬底上形成周期性标记，以及使用所形成的周期性标记对准后续的光刻过程，所述后续的光刻过程包括：用电路图案的图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂，同时使用所形成的周期性标记对准曝光或修正曝光的对准，显影该抗蚀剂以形成抗蚀剂集成电路图案，以及通过蚀刻将集成电路图案转移到衬底上，以形成器件的集成电路。

附图说明

现在参考所附的示意性附图、仅仅通过举例的方式说明本发明的实施例，其中相应的附图标记表示相应的部件，并且其中：

图1示出了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2图示了已知的在光刻设备(例如扫描机)的照射器的光瞳面中的光强分布的双极照射形状；

图3a-3d图示了传统的标记掩模版图案，具有诸如参考图2描述的双极照射引起的成像光瞳以及所产生的非对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状；

图4a和4b示出了如何由第零、第一和第三谐波衍射级构成矩形块形用于标记的成像；

图5a-5d图示了被调制成近似正弦曲线图案以至少抑制第三、第五和第七谐波的标记掩模版图案，具有诸如参考图2描述的双极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状；

图6图示了具有由标记图案的不同照射产生的光刻设备光瞳中的不同衍射图案的不同实例；

图7a-7d图示了被调制成近似非矩形周期性图案以至少抑制第五和第七谐波的标记掩模版图案，具有双极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状；以及

图8a-8d图示了被调制成为抑制第零级谐波并且被调制成近似正弦曲线图案以至少抑制第三、第五和第七谐波的标记掩模版图案相，具有单极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状。

具体实施方式

图1示意地示出了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，其配置成调节辐射束B(例如UV辐射或EUV辐射)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据某些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，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和

-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(例如包括一根或更多根管芯)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。

所述支撑结构支撑，即支承图案形成装置的重量。它以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如例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、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。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)。本文中任何术语“掩模版”或“掩模”的使用可被看作与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文中所使用的术语“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，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，被赋予给辐射束的图案可以不与在衬底的目标部分中的期望的图案完全对应。通常地，被赋予给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(例如集成电路)相对应。

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，以便沿不同的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。

本文中所使用的术语“投影系统”应当被广义地理解为包括多种类型的投影系统，例如折射型、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。本文中任何术语“投影透镜”的使用可被看作与更上位的术语“投影系统”同义。

如图所示，设备是透射型的(例如采用透射式掩模)。替代地，设备可以是反射型的(例如采用如上面提及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)或更多个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以平行地使用附加的台，或者可以在一个或更多个台上实施预备步骤，而一个或更多个其它的台被用于曝光。

光刻设备还可以为如下类型，其中至少衬底的一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便充满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以应用于光刻设备中的其它空间，例如掩模和投影系统之间。浸没技术对于增加投影系统的数值孔径来说在现有技术中是公知的。本文中所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底等结构必须浸入液体以下，而是仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和光刻设备可以是分开的实体(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，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/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，所述投影系统将所述束聚焦到所述衬底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(在图1中没有明确地示出)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(与扫描机相反)，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之间的空间(这些已知为划线对齐标记)上。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和衬底台WT保持为墓本静止的同时，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和衬底台WT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掩模台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。

图2图示了已知的在光刻设备(例如扫描机)的照射器的光瞳平面202(也称作投影光瞳)中的光强分布的双极照射形状。通常地，照射形状被最优化。照射最优化是基于印刷电路图案的。为了获得最高分辨率下的最优成像，可以使用双极照射。图2中的示例性的照射形状是被最优化以增加周期性结构的成像中的对比度和焦距的双极照射形状。靠近投影光瞳的边缘处有两个沿直径相对的照射光斑204。

图3a-3d图示了传统的标记掩模版图案，具有诸如参考图2描述的双极照射引起的成像光瞳以及所产生的非对称的空间图像和印刷的抗蚀剂形状。

参照图3a，示出了传统的光栅掩模版标记图案的区段302。在区段302中，线元件304被示出当其沿水平和竖直方向重复时产生标记图案。还示出了线元件304的放大图306。线元件304、306具有简单的二元矩形块形的强度分布308，例如在掩模版上具有铬线。

在诸如参照图1描述的光刻设备中照射图3a的传统的标记掩模版图案，对于该实例使用图2的照射形状。除了第零级照射光斑，在光刻设备的图案化的辐射束光瞳中还出现有更高级的衍射光斑。这些衍射光斑对应于方波的周期性标记图案302的基频的各个谐波。

参照图3b，这种光瞳填充用相应地标记的第零和+/-第一、+/-第三、+/-第五和+/-第七级衍射光斑示出。至光瞳310外部的左边和右边的衍射级光斑(未示出)从通过光刻设备的光学投影系统的传播过程中被截除。通常地，对于较大数值孔径的光刻设备，通过光瞳可以捕获更高级。标记节距由测量设备(例如晶片对准系统或用于工艺修正测量的测量工具)限定。该节距通常比光刻设备的分辨率大。因此，图3b中的衍射级光斑312靠近在一起。对于通常的对准标记，标记节距被选择为使得对于使用的波长和数值孔径，如图3b中所示的两个外部级(即-1和+1)不是光瞳平面的一部分。

本发明人已经发现，对准标记的成像经受投影系统的透镜像差。结果，可能在相对于衬底上的产品目标部分的不同位置处印刷对准标记。除此之外，对准标记可能会变形，例如在横截面上不对称。

除了透镜像差本身的问题之外，当用如参照图2描述的极双极照射进行印刷时，印刷大的标记还需要作出让步。这是由于衍射级截除(cut-off)中的大的非对称性导致的。这种“非最优”的印刷增加了像差的敏感性。因而，特定的照射形状(例如双极)可能使标记的位置变得对透镜像差甚至更敏感。

结果，空间图像和抗蚀剂图像变得非对称。图3c中图示了非对称的空间图像光强，其示出了沿衬底的空间光强314和阈值316。空间光强316产生于通过投影系统并且被像差修改的各个级312的叠加。仅为了说明目的，用简单的阈值316描述了光致抗蚀剂的响应。通常地，相互作用是非常复杂的。然而，通常地，空间图像的非对称将转变为抗蚀剂图像的非对称。

图3d图示了非对称的抗蚀剂图像，其示出了在衬底320上的印刷的抗蚀剂特征318。该非对称被“非最优”的印刷和奇数的透镜像差增强。奇数的透镜像差是那些由奇数的泽尼克系数描述的透镜像差。

标记的测量可以在比用于印刷标记的分辨率更低的分辨率(更低的数值孔径NA、更大的波长)下、例如使用光刻设备或者量测工具(例如角度分辨散射仪)中的对准传感器进行。然而，对准传感器或者量测工具不能从位置测量中分出标记的非对称。

由于印刷的对准标记被用于晶片对准和反馈回光刻设备的控制回路，因此，位置误差和变形可能导致晶片上的连续层之间的不期望的重叠偏移。

本文描述的实例解决了像差引起的位置偏移以及进一步的非对称问题。在参照图5a-5d描述示例性的解决方案之前，考虑标记的成像(即，在晶片处的曝光)中的谐波和衍射级的作用是有用的。

图4a示出了如何通过增加第零级和第一和第三谐波衍射级构成二元矩形块形(在该实例中为方波形状)、以用于标记的成像的实例。它们分别用0、1和3标记，总和的图像被标记为S。图4a示出了对于总和S，图像的斜率比仅仅第一级1(同样比第零级0和第一级1之和)情况下的图像的斜率更大。该斜率直接与成像的对比度有关。更高的斜率给出了更好的对比度。

对于相同的特征，图4b具有与图4a相同的标记。图4b示出了与图4a大体相同的曲线，但是第三谐波相对于第一谐波具有移位，由位移d指示。该移位可能由奇数透镜像差导致并且被由于衍射级截除中的非对称(“非最优”印刷)导致的减小的对比度增强。结果，总和的图像S被移位和变形。这导致印刷移位并变形的对准标记，例如参照图3d描述的由对第三、第五和第七谐波的像差导致的。

根据本文描述的实例，通过设计特殊的掩模版标记图案，可以抑制至少一个选定的谐波，以便选定在晶片处成像对准标记的衍射级。在一个实例中，下面参照图5a-5d进行描述，通过设计对准标记掩模版图案，使得三个衍射级(第零和+/-第一衍射级)中只有最大的衍射级出现在投影的辐射束中，产生的空间图像不会被变形。

已知的是，周期性的物体可以以傅里叶序列显影。每对衍射级对应于该序列的某一谐波。还已知的是，对于无限薄的物体的具有正弦曲线传播的照射，在远场图案中，在第零级光束的每一侧上只有一个光点被观察到。它们是+/-第一级光斑。

图5a-5d图示了被正弦调制成至少抑制第三、第五和第七谐波的标记掩模版图案，具有诸如参考图2描述的双极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状，其相比参照图3d描述的非对称的抗蚀剂形状被改善。

参照图5a，示出了光栅的标记掩模版图案的区段502，用于通过光学投影在衬底上形成标记。在区段502中，线元件504被示出当其沿水平和竖直方向重复时产生周期性标记图案，用于与光学投影系统一起使用。还示出了线元件504的放大图506。标记图案502具有重复的密度分布508、512、516，它们沿水平方向是周期性的。基础空间频率为形成光栅的线元件的重复周期的倒数。标记图案502的重复的周期性密度分布508、512、516的基础空间频率对应于待形成的标记528的期望的周期性。密度分布508、512、516相对于具有基频的简单的二元分布(图3a中的308)被调制为抑制基频的一个或多个谐波。在周期性标记502的每个周期内的线元件504、506具有相对于光学投影系统的成像分辨率是亚分辨率的图案特征508，在该实例中为被正弦调制的强度分布508、例如在掩模版上具有铬线。线元件508，当其被重复以形成周期性标记图案时，为正弦型标记的一个实例，其被调制以抑制至少一个选定的谐波(第三、第五、第七等等)，使用在线元件中具有变化密度的亚分辨率特征的布置获得，产生正弦形状的强度分布。这样，周期性标记图案502被配置为接近非矩形的周期性图案，以相比没有亚分辨率的图案特征的矩形的周期性标记图案的图像，在由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中抑制至少一个谐波(第三、第五、第七等等)。线元件(当其重复时产生近似的正弦曲线的周期性标记图案)的另外实例由线元件510和514示出，其分别使用沿正交方向的亚分辨率调制512和516，产生正弦形的强度分布。从而，该周期性的强度分布508、512、516被调制以便抑制掩模版图案中的基频的处于某一谐波之下的所有谐波。在该实例中，所述某一谐波为对应于用于该调制的亚分辨率特征的最低谐波，其在光学投影系统的数值孔径之外。因而，在该实例中，并不是掩模版图案中的所有谐波实际上被抑制。在掩模版图案中有高的谐波被亚分辨率图案化引入。这些高的谐波对应于亚分辨率特征的高的空间频率。数值孔径过滤掉与亚分辨率特征相关的高的谐波。因此，没有谐波留在光刻设备的光瞳中。

代替考虑掩模版图案中的谐波，考虑空间图像中的谐波是可能的，其中与亚分辨率特征相关的高的谐波的截断通过光学投影系统的数值孔径执行。考虑这个观点，在该实例中，周期性标记图案被配置为接近正弦曲线的周期性图案，以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的所有谐波。在线元件506的实例中，周期性的密度分布为水平地被调制的二元分布，不仅具有基础空间频率，而且具有大于待抑制的谐波的一个或多个空间频率。在线元件510和514的实例中，周期性的密封分布为竖直地被调制的二元分布，所述竖直调制具有大于基频的空间频率。可以使用其它亚分辨率掩模版图案(未示出)来提供正弦形强度分布。例如，可以使用具有沿线元件变化的直径或间距的接触孔。替代地，可以通过在本文中参照图7和8描述的本实例和其它实例中的平滑地改变的密度来提供调制的密度分布。虽然某些标记图案和产生的强度分布被称为正弦型或正弦曲线，但是它们也可以被描述为余弦或反正弦，例如作为余弦型或余弦光栅。

图5a的正弦型掩模版标记图案(具有线元件506、510、514)可以在例如参照图1描述的光刻设备中使用图2的照射形状被照射。除了第零级照射光斑，第一级衍射光斑出现在光刻设备的物镜光瞳中。然而，由于掩模版标记图案的正弦调制，下面的更高级被抑制。

参照图5b，用相应地被标记的第零级和+/-第一级衍射光斑图示了该光瞳填充。相比图3b，在图5b中，光瞳518仅仅具有第零级和第一级光斑520和522，而不具有更高级的光斑，例如+/-第三级，+/-第五级，+/-第七级。

结果，空间图像和抗蚀剂图像变得对称。图5c图示了对称的空间图像强度，其示出了沿着衬底的空间光强524和阈值526。该空间光强524由穿过投影系统的各个级520和522的叠加产生。来自标记掩模版图案的亚分辨率图案化的用于获得正弦调制的更高级在光瞳518之外，因此被截除，在所产生的空间图像524中仅留下正弦波。

图5d图示了对称的抗蚀剂图像，其示出了在衬底530上的印刷的抗蚀剂特征528。相比图3d中图示的传统的印刷的标记，由于被正弦调制的标记掩模版图案的使用意味着它不会受到由更高衍射级的非对称截除导致的“非最优”印刷的影响(因为它们被抑制)，因此，图5d的对称的印刷的标记不具有非对称性。此外，由于正弦调制的标记掩模版图案的使用还避免了奇数的透镜像差的影响(由于在成像光瞳518中除了第一衍射级外不存在更高的衍射级)，因此，图5d的对称的印刷的标记不具有非对称性。

图6图示了具有由标记图案的不同照射产生的光刻设备光瞳中的不同衍射图案的不同实例。

图6a示出了光刻设备光瞳602，其中两个外部的第一衍射级已经被光瞳602的边缘截除。这在光瞳内仍然提供了具有+第一级光斑的第零级光斑604和具有-第一级光斑的第零级光斑606。因而，光刻设备能够成像得益于在本文描述的位置偏移和变形方面的改善的标记。

图6b示出了第一衍射级没有被光瞳608的边缘截除的光刻设备光瞳608。这与参照图5b描述的光瞳518类似。它在光瞳内提供了具有+第一级和-第一级光斑的第零级光斑的两个示例，610和612。因而，光刻设备能够成像得益于在本文描述的位置偏移和变形方面的改善的对准标记。

图7a-7d图示了被调制成至少抑制第五和第七谐波、但不抑制第三谐波的标记掩模版图案，具有双极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状，所述印刷的抗蚀剂形状相比于参照图3d描述的非对称的抗蚀剂形状得到改善。

参照图7a，示出了光栅标记掩模版图案的区段702。在区段702中，线元件704被示出为当其水平和竖直地被重复时产生标记。还示出了线元件704的放大图706。线元件704、706具有被调制的强度分布708，例如在掩模版上具有铬线。线元件708，当其被重复形成标记时，为被调制以抑制至少一个选定的谐波(第五、第七等等)的标记的一实施例，使用在线元件中具有变化密度的亚分辨率特征的布置获得，产生近似方波形状的强度分布。对于图7a的实例，周期性标记图案702被配置为近似周期性图案、以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的除了第三谐波之外的所有谐波。该周期性强度分布708被调制为以便抑制基频的除了第三谐波之外的处于某一谐波之下的所有谐波。在该实例中，该某一谐波为对应于用于调制的亚分辨率特征的最低的谐波，其在光学投影系统的数值孔径之外。因而，在该实例中，并不是掩模版图案中的高于第三谐波的所有谐波被抑制。在掩模版图案中有高的谐波被由亚分辨率图案化引入。这些高的谐波对应于亚分辨率特征的高的空间频率。数值孔径过滤掉与亚分辨率特征相关的高的谐波。因此，没有谐波留在光刻设备的光瞳中。可以使用其它亚分辨率掩模版图案(未示出)来提供合适的强度分布。例如，可以使用具有沿线元件变化的直径或间距的接触孔。更高项的截断产生于标记掩模版图案的调制以抑制选定的谐波，并且也通过由光学投影系统的受限的数值孔径实现的、由亚分辨率图案化引起的甚至更高级的截除产生。

图7a的标记掩模版图案(具有线元件706)可以在例如参照图1描述的光刻设备中使用图2的照射形状被照射。除了第零级照射光斑，第一级和第三级衍射光斑出现在光刻设备的物镜光瞳中。然而，由于掩模版标记图案的正弦调制，下面的更高级被抑制。

图7b示出了光刻设备光瞳718，其产生于如下掩模版光刻图案：即，该掩模版光刻图案以产生允许的第零、第一和第三衍射级，而至少抑制更高的第五和第七衍射级的调制被配置。第三衍射级没有被光瞳614的边缘截除。这在光瞳内提供了具有+/-第一级和+/-第三级光斑的第零级光斑的组的两个示例，720和722。因而，光刻设备能够成像得益于在本文描述的位置偏移和变形方面的改善的标记。

因此，空间图像和抗蚀剂图像变得对称。图7c图示了对称的空间图像强度，其示出了沿着衬底的空间光强724和阈值726。空间光强724由穿过投影系统的各个级720和722的叠加产生。由标记掩模版图案的亚分辨率图案化引起的用于获得掩模版标记图案调制的更高级在光瞳718之外，因此被截除，仅留下产生的空间图像724。相比图5c所示的对称的空间图像强度524，空间图像强度724具有更陡的、由后一种情况中的第三谐波的存在而产生的、限定线边缘的梯度。

对于参照图7b和7c描述的实例，在图像非对称和图像对比度之间需要权衡。+/-第三级以非对称效应为代价提供了更大斜率的空间图像，因而改善了对比度，如参照图4b描述的。然而，在该实例中，经由第五和第七级的像差效应得到避免。

图7d图示了对称的抗蚀剂图像，其示出了在衬底730上的印刷的抗蚀剂特征728。相比于图3d中图示的传统的印刷标记，由于调制的标记掩模版图案702的使用降低了奇数的透镜像差的影响(由于在成像光瞳718中除了第三衍射级不存在更高的衍射级)，图7d的对称的印刷标记不具有非对称性。相比图5d所示的对称的印刷的抗蚀剂形状528，印刷的抗蚀剂形状728因为后一种情况中的第三谐波的存在，而具有由更高对比度产生的更陡的侧壁。

图8a-8d图示了被相调制成抑制第零级并且被调制成至少抑制第三、第五和第七谐波的标记掩模版图案，具有单极照射引起的成像光瞳以及所产生的对称的空间图像强度和印刷的抗蚀剂形状。

参照图8a，示出了相移光栅标记掩模版图案的区段802。在区段802中，线元件804被示出当其水平和竖直地被重复时产生标记。还示出了线元件804的放大图806。线元件804、806具有调制的强度分布808，例如在掩模版上具有铬线。在该实例中，掩模版图案还为交替相移掩模版图案。相比示出为白色的透明(无铬)区域，在放大的元件808中的斜阴影线区域802和810表示掩模版的异相(180度相移)区域。线元件808，当其被重复以形成标记时，为正弦型标记的一个实施例。该标记图案具有交替相移结构，该相移结构具有沿水平方向为周期性的、空间频率为周期性的密度分布的基础空间频率的一半的相移分布。周期性标记图案具有交替的相移结构，以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的第零级强度分量。类正弦调制抑制至少一个选定的谐波(第三、第五、第七等等)，并且使用在线元件中具有变化密度的亚分辨率特征的布置获得，产生类正弦的强度分布，如图5所示。线元件(当其重复时将产生正弦型的标记)的另外的实例由线元件510和514在图5a中示出，其分别使用沿正交方向的亚分辨率调制512和516，产生正弦形的强度分布。可以使用其它亚分辨率掩模版图案(未示出)来提供正弦形强度分布。例如，可以使用具有沿线元件变化的直径或间距的接触孔。

图8a的交替相移正弦型掩模版标记图案(具有线元件806)可以在例如参照图1描述的光刻设备中使用图2的照射形状被照射。然而，在该实例中，使用单极照射进行照射，该单极照射也能与参照图5和7描述的标记图案一起使用。使用图8a的掩模版标记图案，第零级照射光斑被掩模版的交替相移抑制。只有第一级衍射光斑出现在光刻设备的物镜光瞳中，并且由于标记掩模版图案的正弦调制，下面的更高级(第三、第五、第七等等)被抑制。

参照图8b，用相应地被标记的+/-第一级衍射光斑图示了该光瞳填充。相比图3b，在图8b中，光瞳818仅仅具有第一级光斑820，而不具有第零级光斑和比第一级更高级的光斑，例如+/-第三级，+/-第五级，+/-第七级。

结果，空间图像和抗蚀剂图像变得对称。这与参照图5讨论的实例相似。图8c图示了对称的空间图像强度，其示出了沿着衬底的空间光强822和阈值824。该空间光强822由穿过投影系统的各个级820的叠加产生。由标记掩模版图案的亚分辨率图案化引起的用于获得正弦调制的更高级在光瞳818之外，因此被截除，在产生的空间图像822中仅留下正弦波。

图8d图示了对称的抗蚀剂图像，其示出了在衬底828上的印刷的抗蚀剂特征826。相比图3d中图示的传统的印刷标记，由于调制的掩模版标记图案的使用意味着它不会受到由更高衍射级的非对称截除导致的“非最优”印刷的影响(因为它们被抑制)，因此，图8d的对称的印刷标记不具有非对称性。此外，由于调制的标记掩模版图案的使用还避免了奇数的透镜像差的影响(由于在成像光瞳818中除了第一衍射级不存在更高的衍射级)，图8d的对称的印刷标记不具有非对称性。

如上参照图5-8描述的图案形成装置通常具有电路图案和周期性标记图案。周期性标记图案被配置用于使用光刻过程中的电路图案对准曝光或者修正曝光的对准。

衬底可以以如下步骤生产：如上参照图5-8描述的，用辐射照射图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，以及使用该图像、通过光刻过程在衬底上形成标记。该光刻过程可以包括用该图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂以及显影该抗蚀剂以形成抗蚀剂标记图案。该光刻过程还可以包括通过蚀刻将抗蚀剂标记图案转移到衬底上，以形成标记。

器件制造方法可以以如下步骤进行：如上参照图5-8描述的，用辐射照射图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，使用该图像通过光刻过程在衬底上形成标记，以及使用所形成的标记对准后续的光刻过程。所述后续的光刻过程可以包括：用电路图案的图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂，同时使用所形成的标记对准曝光或修正曝光的对准，显影该抗蚀剂以形成抗蚀剂集成电路图案，以及通过蚀刻将抗蚀剂集成电路图案转移到衬底上，以形成器件的集成电路。

由于抗蚀剂特征不再或更少地非对称，导致过程流中更精确的测量的重叠值，因此本文描述的实例提供更高精度的重叠读数。由于在投影辐射中缺少更高级意味着对焦距/剂量的敏感性更小，因此本文描述的实例还提供更高的过程鲁棒性。本文描述的实例还使倾斜的标记对透镜像差更不敏感。

虽然本文具体参考光刻设备在制造IC中的应用，但是应该理解，这里所述的光刻设备可以具有其他应用，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(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将会认识到，在这样替换的应用情形中，任何使用的术语“晶片”或“管芯”可以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，可以将本文公开的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。

此处所用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有等于或约365、355、248、193、157或126nm的波长)，和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，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构件中的任何一种或其组合，包括折射式、反射式、磁性的、电磁的和静电的光学构件。

虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，可以认识到的是，除了所描述的方式，还可以以其它方式实施本发明。例如，本发明可以采取包含一系列或多系列的描述上述方法的机器可读指令的计算机程序或于其中存储该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。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域的技术人员来说显然的是，在不背离下面提出的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (22)

1.一种图案形成装置，用于通过光学投影在衬底上形成标记，所述图案形成装置包括具有沿至少第一方向为周期性的密度分布的标记图案，所述标记图案的周期性的密度分布的基础空间频率对应于待形成的标记的期望的周期性，其中所述密度分布相对于具有基频的简单二元分布被调制，以便抑制所述基频的一个或多个谐波。

2.如权利要求1所述的图案形成装置，其中所述周期性的密度分布为沿与所述第一方向正交的第二方向被调制的二元分布，沿第二方向的调制具有大于基频的空间频率。

3.如权利要求1或2所述的图案形成装置，其中所述周期性的密度分布为沿所述第一方向被调制的二元分布，不仅具有所述基础空间频率，而且具有大于将被抑制的谐波的一个或多个空间频率。

4.如前述权利要求中任一项所述的图案形成装置，其中所述周期性的密度分布被调制，以便抑制所述基频的在某一谐波以下的所有谐波。

5.如前述权利要求中任一项所述的图案形成装置，其中所述周期性的密度分布被调制，以便抑制所述基频的在某一谐波以下的除了第三谐波之外的所有谐波。

6.如前述权利要求中任一项所述的图案形成装置，其中所述标记图案包括交替相移结构，所述交替相移结构具有沿至少所述第一方向为周期性的相移分布，该相移分布的空间频率为所述周期性的密度分布的基础空间频率的一半。

7.如前述权利要求中任一项所述的图案形成装置，其中所述图案形成装置包括电路图案，所述标记图案被配置用于对准曝光或使用光刻过程中的电路图案修正曝光的对准。

8.一种在衬底上生成标记的方法，所述方法包括：用辐射照射前述权利要求中任一项所述的图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，以及使用该图像通过光刻过程在衬底上形成标记。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述光刻过程包括用所述图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂以及显影所述抗蚀剂以形成抗蚀剂标记图案。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述光刻过程还包括通过蚀刻将抗蚀剂标记图案转移到衬底上，以形成标记。

11.一种衬底，所述衬底包括使用权利要求8-10中任一项所述的方法生成的标记。

12.一种器件制造方法，所述方法包括用辐射照射权利要求1-7中任一项所述的图案形成装置，将标记图案的图像投影到衬底上，使用所述图像通过光刻过程在衬底上形成标记，以及使用所形成的标记对准后续的光刻过程，所述后续的光刻过程包括：用电路图案的图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂，同时使用所形成的标记对准曝光或修正曝光的对准，显影所述抗蚀剂以形成抗蚀剂集成电路图案，以及通过蚀刻将抗蚀剂集成电路图案转移到衬底上，以形成器件的集成电路。

13.一种图案形成装置，用于与光学投影系统一起使用，所述图案形成装置包括周期性标记图案，该周期性标记图案在每个周期内具有相对于光学投影系统的成像分辨率为亚分辨率的图案特征，周期性标记图案被配置为近似非矩形的周期性图案，以相比于不具有亚分辨率图案特征的矩形的周期性标记图案的图像，抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的至少一个谐波。

14.如权利要求13所述的图案形成装置，其中所述周期性标记图案被配置为近似正弦曲线的周期性图案，以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的所有谐波。

15.如权利要求13所述的图案形成装置，其中所述周期性标记图案被配置为近似非矩形的周期性图案，以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中除了第三谐波之外的所有谐波。

16.如权利要求13-15中任一项所述的图案形成装置，其中所述周期性标记图案还包括交替相移结构，以抑制由光学投影系统投影的周期性标记图案的图像中的第零级强度分量。

17.如权利要求13-16中任一项所述的图案形成装置，其中所述图案形成装置包括电路图案，且所述周期性标记图案被配置用于对准曝光或使用光刻过程中的电路图案修正曝光的对准。

18.一种在衬底上生成周期性标记的方法，所述方法包括：用辐射照射权利要求13-17中任一项所述的图案形成装置，使用光学投影系统将周期性标记图案的图像投影到衬底上，以及使用所述图像在衬底上形成周期性标记。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述光刻过程包括用所述图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂以及显影所述抗蚀剂以形成周期性抗蚀剂标记图案。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述光刻过程还包括通过蚀刻将周期性抗蚀剂标记图案转移到衬底上，以形成周期性标记。

21.一种衬底，所述衬底包括使用权利要求18或20所述的方法生成周期性标记。

22.一种器件制造方法，所述方法包括用辐射照射权利要求13-17中任一项所述的图案形成装置，将周期性标记图案的图像投影到衬底上，使用所述图像通过光刻过程在衬底上形成周期性标记，以及使用所形成的周期性标记对准后续的光刻过程，所述后续的光刻过程包括：用电路图案的图像曝光涂敷在衬底上的光敏抗蚀剂，同时使用所形成的周期性标记对准曝光或修正曝光的对准，显影所述抗蚀剂以形成抗蚀剂集成电路图案，以及通过蚀刻将抗蚀剂集成电路图案转移到衬底上，以形成器件的集成电路。