CN1514306B - 光刻装置、器件制造方法和由此制造得到器件 - Google Patents
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Abstract
在器件制造过程中，投射光束通过掩模投射到基底上。利用基底上的对准结构将基底与掩模对准。利用对准结构反射光的特性来确定基底的相对位置。先前对基底的处理可能引起根据反射光确定的位置中的误差。对反射光特性的测量用于确定对加工基底引起的误差进行校正所需的校正量。对准结构的物理模型的参数优选根据反射光进行估计并用于确定校正。优选地，测量多个不同衍射峰值的振幅来确定校正。
Description
技术领域
如在独立权利要求的前序部分提出的，本发明涉及一种光刻投射装置以及器件制造方法。该光刻投射装置包括：
-用于提供辐射投射光束的辐射系统；
-用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据需要的图案对投射光束进行构图；
-用于保持基底的基底台，所述基底包括对准结构；
-用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统；以及
-对准系统。
背景技术
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括：
掩模。掩模的概念在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过施加适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此可寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到非可寻址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的可寻址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的；
程控LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，区分两种不同类型的机器。在一类光刻投影装置中，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器或者分步重复装置。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,792中获得，该文献这里作为参考引入。
在使用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学一机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投影系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的两级光刻装置，这里作为参考引入。
将带图案的光束投射到基底W上之前，基底W和构图部件必须相对于彼此定位，以使投射光束照在基底上所需的靶位置处。为此目的，需要这样一种光刻装置，其能够高精度地测量基底相对于构图部件或相对于用于构图部件的支撑结构的位置。
一种对准光刻装置中的基底的方法记载在A.A Ghazanfarian等人撰写的题为“非对称信号定位的开发结构(Exploiting structure in positioning of non-symmetric signals)”的论文中(出版在1998年ICCASP的学报中)。Ghazanfarian等人利用了一种扫描/成像技术。在基底上设置对准标记，当扫描该标记时，检测从对准标记散射的光。没有公开检测技术的细节，但结果是检测信号作为扫描位置的函数并具有带峰值的谱线形状。峰值的位置名义上对应于对准标记的位置。
Ghazanfarian等人认识到这种测量的精度受光学系统和基底所经历的处理步骤影响的这一事实。特别是，由于光学系统的不对称和影响基底上结构对称的处理步骤导致出现系统对准误差。由于晶片处理条件变化的影响，这些误差在批和批(batch)之间、晶片和晶片之间或者甚至是晶片上不同位置之间发生变化。
Ghazanfarian等人通过引入模拟步骤克服了这些误差。使用检测信号的模拟谱线形状作为多个“隐藏”参数的函数。在标准的对准过程中，Ghazanfarian等人使隐藏参数值符合最接近测量的谱线形状。通过确定需要其偏移必须施加于所需的模拟谱线形状以使模拟谱线形状符合测得的谱线形状来确定对准标记偏移的位置。
在实际对准之前，确定隐藏参数和模拟谱线形状之间的关系，并选择隐藏参数的数量。这涉及学习阶段(learning phase)，在学习阶段中使用多个对准标记的样本，以某种可靠的方式测量学习阶段的位置并测量学习阶段的检测信号的谱线形状。样本表示在一般的对准过程中可能出现的不同谱线形状和典型偏移的展开(spread)。Ghazanfarian等人利用奇异值分解方法产生能够根据最少的隐藏参数来表示这种展开和相应位置误差的模型。
Ghazanfarian等人使用的方法存在许多缺点。首先，在模型形成步骤中，需要准确地测量对准标记的实际位置。这种测量很难实现而在模型形成步骤中需要相当数量的这种测量。在基底的制作过程中每一个光刻步骤都必须获得不同的测量组。这就使该方法花费非常大。
其次，Ghazanfarian等人的方法需要这样一种形式的测量，即产生一个包含作为扫描位置函数的足够多信息的谱线形状，以允许确定足够多的隐藏函数来校正谱线形状的峰值位置误差。这不包括校正含有不充分信息的谱线形状。
一种实现对准的方法使用了相位光栅对准测量。这样就在基底上包含了周期性改变光学特性的对准标记。测量由对准标记散射的光的强度，并且确定对准标记相对于光刻装置中某个确定位置的观测周期的相位，从而测量对准标记的位置。
为了消除误差，使用一种衍射方法。对准标记的空间周期性光学特性引起了不同衍射级的光的衍射，和通过衍射光栅引起的差不多。在相位光栅对准测量过程中，使用单色光照明对准标记并且从对准标记衍射不同级的光。级对中的光被分开并且用作检测信号，由于对准标记的周期性，光的强度作为对准标记位移的函数发生周期性变化。该强度用来产生检测信号，根据该信号确定对准标记的位置(等于对准标记周期的整数值)。根据不同衍射级对的位置测量的组合可以用来实现更可靠的位置测量。
这种方法也被发现存在由于基底处理作用引起不对称而造成的未对准误差。Ghazanfarian等人并没有记述对这种测量的校正。然而，当不充分的信息应用到一个衍射级对的检测信号中时，其在这个检测信号中通常是可利用的，从而使足够数量的隐藏参数适合未对准误差的校正。
发明内容
本发明的目的是对基底经过处理之后将其对准时出现的未对准误差提供精确的校正，而不需要大量的校准测量。
本发明的另一个目的是对使用相位光栅对准系统时的未对准误差提供精确的校正。
本发明提供如在权利要求1中提出的光刻装置。
至少在使用均匀照明的情况下，受到基底影响的光包含位置信息，也就是受基底位移影响的信息，还包括不随位移而改变的位置不变信息。位置信息的例子为由光栅衍射的光的相位，或者基底上特定点(feature)的像的位置。不变信息的例子包括作为位置的函数的衍射光或反射光的最大强度。通常，只有位置信息用于对准。所要求保护的装置是基于以下理解：受到基底影响的光的位置不变信息具有在处理步骤中发生变化的特征，并且因此可以用来确定这种变化以及必须应用到位置信息的合成校正的大小。
特别地，由对准标记衍射的光的多个不同级对中，每一对的振幅的组合能够用来校正根据任何单个或多个级对的位置测量。仅仅基于对任意对准结构的光学理论考虑，很少或没有理由期望相位校正能由振幅确定，但已经认识到任何给定的处理步骤仅能引起对准标记光学特性在预定范围的变化，对于不同的对，每一对都具有其自身对振幅和位置测量的复合影响。因此出现了能够用来改进位置测量精度的振幅和位置误差之间的相互关系。
由于通过确定变形的类型而间接地使用强度确定位置校正，因此校正一种波长的光的位置测量不需要根据或仅仅根据用该波长的光测得的强度。不需要测量在与位置相同的对准结构上或者甚至相同基底上的强度，已经进行了相同处理的另一基底也可以用来确定所需的校正。在一个实施方式中，可以利用多个不同波长光的衍射级的振幅测量。因此，能够更精确地确定位置校正的类型。
除了强度之外，可以利用对不同衍射级对的相位测量来确定校正的大小。在这种情况下，确实没有必要分开根据振幅的校正计算和根据相位的位置测量的校正。权利要求中论及为了确定位置校正的大小而确定校正“以用于”，这包括直接校正以及在根据振幅和相位确定位置测量过程中隐含地确定的校正。在这两种情况中，即使位置相关相位信息没有改变，位置独立信息也会影响校正的大小。
为了确定校正，优选地利用一种模型，其表征对准结构物理特性，作为用参数表示的模型在对准结构中位置的函数。参数例如可以是对准结构中棱的周期的占空因数(duty cycle)、棱的深度、棱两侧的边缘斜度、棱的突起和两棱之间突起(plateau)的不平整度的高度，棱顶部的抗蚀剂层中不平整度的位置和幅度等等。优选地，利用这种描述参数的结构使模型对于不是光学专家的人也容易理解，但也可以使用其他类型的参数，比如作为位置函数的基底反射系数的用参数表示的近似。
通过与Maxwell方程一致的计算，能够为参数值的每种组合预测不同衍射级的振幅和对确定的对准结构位置的校正。优选地，通过搜寻产生最适合测得振幅的预测强度的参数值，随后选择对应于所选参数的校正来确定校正。
这种基于模型的方法也可以应用于不使用周期性对准结构和/或衍射振幅来获得位置测量的对准系统中。任何类型的光学特性可以用来确定基底上对准结构的参数表示模型中各参数的参数值，以用于校正位置测量。然而，应用到使用周期性对准结构的测量中具有仅用相对有限个参数就足以表征结构物理特性的优点，但仍然记述了一种具有相对较大面积的对准结构。
在光刻装置的另一个实施方式中，该装置设置为计算模型的一个或多个参数与对准系统的检测信号之间的关系，对准系统与适用于对准系统的光学系统的物理定则(用数学式表示，比如Maxwell方程)相一致，并且设置为确定一个或多个参数值，使这些值对应于根据该关系测得的检测信号，依据这些值进行位置测量的校正。通过实现基底参数之间的关系与光刻装置中光学系统的物理法则相一致，不需要对不同光刻处理步骤的关系进行大量的校准。
在光刻装置的另一个实施方式中，该装置提供了一组可利用的参数，它们的值能够用来确定所需的校正，该装置还具有用于从可利用的参数中选择一个或多个参数的接口(interface)，该装置设置为通过确定仅仅与测得的检测信号相对应的选出的一个或多个形状参数的值来响应子集的选择。这使得光刻装置的使用者根据不需要对准系统的光学特性知识的物理参数，就能够确认处理步骤之后必须对其进行校正的误差的类型。另外，使用者可以为其他在处理步骤之后不希望改变的形状参数指定数值。
优选地，根据基底在对准之前所经历的一个或多个处理，以及限据由这个或这些处理所引起的变化范围的性质，对出于这个目的使用的参数的组合进行选择。
当所使用的模型将光学特性表示为参数的函数时，可以用任何已知的方法完成最佳参数值的搜寻。比如，使用模拟退火技术(simulated annealingtechnique)，因为这种技术克服了已经发现在模型中出现的局部最小值，并使对准结构的参数表示的相关光学特性和衍射级的强度互相关联。
然而，只要确定了相位测量的校正，就不需要根据物理参数直接确定对准结构的变形的性质。比如，可以利用函数的计算将相位校正分配给不同的强度组合。可以为对准之前已经完成的一个或多个处理步骤特别地定义这样的函数。如果已经根据理论或通过对一个或几个处理步骤的测量确定了参数值，就可以使用比如参数表示的函数了。这种函数的一个简单的例子是强度比校正和相位校正之间的线性关系，该参数为该线性关系的系数。但是当然也可以使用其他类型的函数，比如对于一个或多个处理步骤已经进行了优化(train)的神经网络函数，或者甚至是具有适合不同强度组合的入口的查找表格，该入口包含相应的相位校正。这样的函数，特别是神经网络函数，具有对于单个基底需要很少的附加计算时间的优点。
根据本发明的另一个方面，提供一种根据权利要求13的器件制造方法。
在另一个实施方式中，利用以下事实在两个或更多阶段(stage)中确认位置校正，即校正或者至少是确定校正的参数对于比如在同一批基底中或在相同基底上已经共同经过处理的结构是相似的，。在这个实施方式中，为对准结构计算的参数或者校正用作为后面的对准标记搜寻参数的初始值。更一般的是，对于一个基底或作为整体的一批基底而平均估计得到的估计参数或校正可以用来使对单一对准标记或对准标记组的估计产生偏差(bias)。一个实施方式包括一个预选阶段，在其中为了一批多个基底(已经共同经过了处理步骤的)，根据对衍射级强度的第一测量和/或其他参数，选出可利用的校正的一个子集，后面的阶段用于根据对该对准标记或在所述单独基底上的一个或多个对准标记或所述区域中的衍射级强度的第二测量，为单独的对准结构或单独的基底或在该基底上的单独区域选择特定的校正。类似地，取代或除了批级别的预选，基底级别或区域级别的预选可以在最终选择之前用于基底上的单独对准结构或区域。这样，仅需要很少的计算就能得到对单独对准标记的校正并且改进了校正的一致性。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确这种装置可以具有许多其它的应用。例如，它可用于集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等的制造中。本领域的技术人员知道，在这些其他应用的情况下，文中所用的任一术语“划线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”应认为分别由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。
在本文中，使用术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。
附图说明
现在仅通过举例的方式，参照随附的示意图描述本发明的各个实施方式，在图中相应的参考标记表示相应的部件，其中：
图1示出根据本发明实施方式的光刻投射装置；
图2示出对准系统；
图3示出高度轮廓的横截面的例子；
图4示出用于对准基底的流程图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明一具体实施方式的光刻投影装置1。该装置包括：
辐射系统Ex，IL，用于提供辐射(例如激光辐射)的投射光束PB，在该具体的情况下，该辐射系统还包括辐射源LA；
第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；
第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；
投射系统(“镜头”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。
如这里指出的，该装置是透射型的(即具有透射掩模)。但是该装置通常也可以例如是反射型的(具有反射掩模)。另外，该装置可以采用其他类型的构图部件，例如上述提到的程控反射镜阵列型。
辐射源LA(例如激光)产生辐射束。该光束例如直接或经过如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有理想的均匀性和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当源是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过适当的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩膜台MT上的掩膜MA相交。光束PB横贯掩模MA，并通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器(与分步扫描装置相对)的情况下，掩膜台MT可仅与短冲程执行装置连接，或者固定。掩膜MA和基底W可以使用掩膜对准标记M1、M2及基底对准记号P1、P2对准。
所示的装置可以按照两种不同模式使用：
1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相对大的靶部C，而不必牺牲分辨率。
该装置中包括对准子系统(未在图1中示出)，用于精确地测量基底W的位置，从而保证在投射期间使基底W适当地对准。比如由于基底W在基底台WT上的位置不能是够精确地控制，所以需要对准子系统。在处理步骤中的波动可能会不同程度地影响不同基底的相移。比如在半导体制造过程中，基底W(晶片)要经过许多处理步骤，在两组处理步骤之间，将晶片置于基底台上并通过掩膜照射，以确保由处理过程而定的位置。在照射之前，为了确保将掩膜投射到晶片上的位置与在先掩膜已经投射的位置和/或后面的掩膜将要投射的位置一致，必须将掩膜和基底对准。
图2示意性地示出了对准子系统的一个实施方式，包括具有辐射源20的光学子系统、成像结构24、参考结构26、26a、检测器28、28a和处理单元29。虽然处理单元29表示为一个元件，但是可以理解处理单元29可以由多个互联的处理器组成。
设置辐射源20，比如激光器，在基底W的对准标记22上产生一个光点。为了精确对准，基底W包括一个在对准标记22中具有空间周期性反射特性的对准结构。成像结构24包括将对准标记22成像在参考结构26上的透镜排列240、242。参考结构26具有空间周期性透射特性。设置检测器28来检测由参考结构26透射的辐射的空间平均强度。检测器28的输出端与处理单元29的输入端相连，处理单元29的控制输出端依次连接到与基底W相连的第二定位装置PW。干涉测量装置IF具有与处理单元29相连的输出端。
能够理解，在不影响对准子系统的功能的情况下可以对它进行各种变化。比如，可以添加反射镜从而能够将对准子系统的元件移动到更方便的位置。在一个实施方式中，对准子系统直接位于投射透镜旁，但应该知道可以在投射透镜中取消对准子系统。对准过程中基底不必位于投射光束的光路中。实际上，在对准过程中，甚至可以是分开的基底台上的另一个基底位于投射光束的光路中。
在操作中，来自辐射源20的辐射被对准标记22反射，成像结构24利用反射的辐射将对准标记22成像到参考结构26上。参考结构26将成像辐射部分透射到检测器28上，检测器28产生表示透射辐射的空间平均强度的电信号。
在对准过程中，将这个对准结构成像到参考结构26上。由参考结构26透射的光的空间平均量周期性地取决于对准结构的像和参考结构26的相对相位。成像结构24仅仅将选定的衍射级对传递到参考结构26上。如图所示，将成像结构24设计为滤掉来自对准标记22的选定的衍射级。为了这个目的，成像元件包括透镜240、242，在其之间具有衍射级滤光器244。第一透镜240将在各个方向上衍射的光映射到衍射级滤光器244上的各个位置，衍射级滤光器仅仅透射来自选定位置的光。第二透镜根据透射光形成对准标记22的像。因此只有选定衍射级对用于在参考结构26上成像。不具备这样的选择性透射位置测量在原理上也是可以的，但会有较差的信噪比。
如图所示，来自对准标记22的光的多个衍射级对被分开处理。为了分开处理提供楔246来确保将不同的级对成像在不同的参考结构26、26a上，每一个参考结构都配有其特有的检测器28、28a。通过举例的方式，示出了用于测量仅有两个级对的光的强度的元件，但是适合于更多数量级对的元件也能够类似地实现。尽管只示出了分别适合于衍射级对±1和±2的两个参考结构26、26a和对应的检测器28、28a，但是应该知道，在实际中更多数量的衍射级，比如7对衍射级±n(n＝1，2，3，4，5，6，7...)也可以分开处理，每一对都有其特有的参考结构和检测器。
处理单元29利用来自检测器28的电信号来产生用于定位装置PW的控制信号。处理单元29测量基底W和对准系统相对于彼此的位置，即基底和对准子系统相对彼此处于特定对准状态，为此确定相干测量装置IF的输出值。随后，处理单元29利用该测量来控制相对于基底W和对准子系统处于对准位置的具有预定偏移量的一个或多个位置，移动基底到对准位置从而利用投射光束PB进行照射。
尽管为了简单起见示出了单一的元件240、242，但应该理解实际的成像结构24可以包括透镜或成像反射镜的组合。
此外，尽管示出的结构中辐射首先从基底W反射，然后在检测之前透射通过参考结构26，但是应该理解也可以使用其他的结构。比如，可以检测从参考结构26反射的辐射和/或如果基底W允许的话可以利用透射通过基底W的辐射。类似地，在检测之前，可以在入射到基底W前，首先将辐射入射到参考结构26(反射或透射)。同样，本发明当然不仅仅限于图2所示的垂直入射的情况。
当基底沿着对准结构22的光学特性周期性改变的方向相对于对准子系统移动时，参考结构26、26a的相对相位和对准结构22的像的周期与位移成比例地变化。所以经过参考结构26、26a的光的空间平均强度也会周期性地变化，这取决于参考结构26、26a的周期的遮挡部分对于对准结构22的像的高强度周期部分的遮挡程度。
处理单元29确定这些周期性变化的振幅和相位。相位是位移的周期函数：每次当基底W移动了对准结构22的完整周期，测得的相位值重复。这就意味着除周期整数的不确定外，位置原则上能够由相位确定。
遗憾的是，位移和测得的相位之间的关系可以取决于基底W经过处理步骤的方式。当处理步骤影响了相位测量就会危害到精确对准。对于相同对准标记的不同情况也会有所不同，这取决于级(order)也取决于对准标记。这是基底所经历的处理的结果。
图3示出对准结构22的高度轮廓的横截面的例子。所示的在下面的轮廓层(profiled layer)40具有旋压(spun)在轮廓层上的抗蚀剂层42。抗蚀剂层42对于对准子系统的工作波长是有效透明的，所以它只影响衍射光的相位。轮廓包含棱(ridge)46，这些棱以基本周期L重复多次。理论上抗蚀剂层42各处应具有相同的高度，其结果是围绕线44的轮廓层40的镜面对称使整个结构对称。
如果在基底上具有对称对准结构22，那么不需要光学特性的详尽知识就能确定对准结构22的位置。在这种对称的情况下，当基底W相对于对准系统移动时，对称线44引起周期性变化中的对称性。这个位置对应于对准结构22的对称线44与参考结构26、26a确定的位置之间的对准。因此，如果是对称结构，那么不需要关于对准结构22的光学特性的更多详尽知识就能实现精确对准。
然而，由于旋压或者抛光作用，线44不同侧的抗蚀剂层42的厚度不同。例如，示出了在棱46一侧上的不平整度48(夸张的振幅)。已经发现抛光基底在某些情况下会引起棱46一侧上的厚度变化。这就导致破坏了对准结构22围绕对称线44的对称性。非对称性导致处理单元20所确定的强度信息相位方面的移位。在这种情况下，需要关于对准结构的详细数据的了解来实现精确对准。根据详细数据，应该对相位测量确定的对准位置进行不同的校正。可以理解，这种控制不仅用于旋压或者抛光作用，还用于其他任何影响对准结构22对称性的处理作用。
处理单元29利用对衍射光多个衍射级对进行强度变化的振幅的一组测量，来确定对于由衍射光任一级对或级对组合的相位所确定的位置进行所需的校正。这种方法的基本理由是，由于作为基底处理的结果只有特定的校正能够与给定的振幅组结合出现，所以在校正和振幅之间存在相互关联。校正对强度的相关性可理论上确定，利用由基底处理产生的各种可能的具体对准结构的模型，接着进行和Maxwell等式(或者这些等式的任何适合的光学近似)相一致的相位校正和振幅的计算以确定相位校正与给定的强度组合结合出现。另外，可以通过观察对准结构优化集的强度和相位校正的各个可能组合，用实验方法确定校正，其中对准结构的位置已经分别确定。
图4示出用于对准基底W的流程图。在第一步51中，根据穿过适合于各个衍射级对之一的参考结构26、26a的光的强度的周期性变化，处理单元29确定衍射级为±n的各个衍射级对的相位值fn。如从现有技术所知，根据fn＝2pnxn/d(d是对准结构的周期大小)相位值与对准结构22的偏移值xn有关。在第二步52中，当基底W相对于对准系统移动时，处理单元29根据检测器28a-g的输出变化的振幅来确定不同衍射级的振幅Ln。
在第三步53中，处理单元29利用第二步52中振幅Ln的集合确定一组校正Δxn，其应该应用到由第一步51中的相位值fn确定的位置xn。第三步53能够由许多方法实现。在一个实施例中，对准结构22光学特性的参数表示模型和可变参数P，以及第一算法一起使用，第一算法用于计算作为参数P的函数的强度预测In(P)。在这个实施例中，处理单元29搜寻模型的一组参数值P，这组参数值P使测得强度In和预测In(P)之差最小。可以利用比如模拟退火算法实施搜寻。随后处理单元29利用第二算法对根据第二参数表示模型得到的参数计算校正Δxn(P)。
在第四步54中，已经于第三步53中确定的校正Δxn应用到第一步51中确定的位置xn。因此，获得了前后一致的一组位置测量，根据这组位置测量可以通过比如对不同衍射级上的位置xn进行平均来确定总的对准位置X。在第五步55中，基底台WT和构图部件M相对于彼此定位之后，在一个或多个位置用光束PB照射基底W，以使图案投射在相对于对准结构22的位置的特定位置，如根据计算得到的总的对准位置X所确定的。
应该理解，可以对通过图4描述的对准处理进行各种改进。比如，代替对单独的级计算和应用校正，也可以根据不同级的非校正测量的组合来计算位置，然后校正组合结果。如另一个例子，除振幅测量之外，基底的其他测得的特性，如不同级上相位值的变化可以用来确定所需的校正。因此，比如，模型参数可以恰当地使相位值和振幅值的预测和测量之间的差别最小化。使用与相位测量相同或不同波长的光进行的强度测量可以用来独自或与在其他和相同波长处进行的强度测量相结合确定校正。通常，利用多个衍射级对的振幅可以提高精度。
同样，可以利用来自一个或多个参考结构衍射级的衍射光的强度测量来确定校正，所述一个或多个参考结构不同于对其确定校正的参考结构。这些其他的参考结构可以在相同的基底上或者甚至是在不同的基底上，所述不同的基底与包含确定校正的参考结构的基底作为一批一起经过处理。然而优选地，处理单元29至少利用与相位值的确定同时进行的振幅测量，即利用相同波长处的相同的光。因此几乎不需要任何对于校正的辅助操作。
此外，代替第三步53中的拟合参数值P，振幅值和用于确定校正的任何其他测量可以用作重新得到关于校正值的储存信息的索引。这可以通过比如产生作为振幅的参数表示函数的校正实现，函数的参数是通过前述的相关强度和校正的计算优化的(train)。在近似的优化了神经网络之后，可以使用神经网络函数作为一种特别典型的函数。
可以通过比如测量测试基底的振幅，在相对于掩模M的某个位置定位并且照射测试基底W，然后处理测试基底来优化神经网络，或者估计参数表示的函数的各参数，以使得由掩模确定的第一特征和底层基底的第二特征的相对位置变为可检测的。可以使用第一矩形作为第一特征，第一矩形包含用作第二特征的第二矩形。通过测量第一和第二特征的相对位置，获得一组记述了对该组测得振幅校正的优化数据。可选择地或除此之外，还可以使用理论模型，就可以产生与该模型相对应的优化数据。该组优化数据可以用来以已知的神经网络优化算法优化该神经网络。
比如，已经利用神经网络获得了好的结果，该神经网络使用输入信号，该输入信号对两种颜色的七个衍射级对的振幅(14个信号)和这些衍射级对的相位(另外14个信号)编码。在这个例子中，将这些输入信号的加权和应用到具有比如S型响应函数的六个神经元上。这些神经原输出的加权和输入到具有线性响应函数的一个输出神经原上，该输出神经元表示估计的位置。用在加权和中的加权值是由依据实例的神经网络优化确定的。因此获得了明显改进的定位。除了对应位置的单一输出神经元，可以使用更多的输出神经元来估计其他参数，比如对准标记的形状参数。
另外，可以估计参数表示函数的各参数(比如线性或多项式函数的系数)，比如利用对多个优化组预测的和测得的校正之间的最小二乘方差最小的估计。
类似地，可以根据实际校正的其他测量获得优化数据，比如通过移除部分感光层并且测量该层存在时和已经移除后所进行的测量之间的校正来实现。
类似地，如果使用除振幅外的其他测量方法，则可以获得这种优化数据以优化偏移的计算。
原则上，可以为每一个对准结构22重新计算校正。由于校正是由整个基底W或者甚至是一批这样的基底所经过的处理步骤所确定的，所以也可以使相同或不同基底上的不同对准结构所需的校正相互联系起来。因此，可以使用基底上或同一批中其他基底上的一个或多个不同参考结构的强度测量来初始化或限制搜寻最适合强度测量的参数值P。因此需要较少的搜寻。
有利的是，利用物理模型对处理单元29进行编程，将对准标记22的形状参数和测得的参数联系起来，测得的参数比如检测器28、28a上和Maxwell方程一致的强度周期性变化的相位和振幅。这种物理模型本身是公知的。比如，这种物理模型可以使用复合反射系数函数Γk(r)作为基底W的任意虚拟平面中位置坐标r＝(x，y)的函数(k为入射光的波矢量)。Γk(x，y)响应入射场exp(jk.r)，确定在所述平面中位置x，y处光的折射振幅和相位exp(jk.r)*Γk(x，y)。当已知Γk(x，y)，公知的简单数学关系为了根据Γk(x，y)计算检测器28、28a测得的参数而存在。如果依次给定了对准标记22的形状参数及其材料的光学特性，就能够容易地计算出Γk(x，y)。
例如在图3所示的例子中，需要表征棱46的大小和高度、轮廓层40材料的反射率、抗蚀剂42的透射系数的参数以及表征由于旋压和抛光引起的不平整度48的幅度和/或比例参数。给定了光源20的特性，对处理单元29编程以根据这些参数值计算Γk(x，y)并且根据Γk(x，y)计算检测器28、28a强度变化的振幅和相位。为了计算Γk(x，y)，可以使用公知的方法比如RCWA方法，但是通常简单的模型就可以满足，比如具有相位校正的垂直传播模型，其根据在该层上的给定点上以及在给定的入射角度上轮廓层40的反射系数来计算Γk(x，y)，从而解释了通过上面的层传播的原因，所述给定点和反射系数依据那一层材料的特性及其位置取向。借助于逆模拟，可以估计使测得振幅与计算的振幅相符合的参数值。处理单元29计算由相位值获得的位置测量的计算的参数校正。
可以理解，这种方法不局限于图2所示的相位光栅对准传感器。也可以用于其他传感器，比如相关传感器，该传感器形成非周期性对准结构的图像并计算这幅图像和参考图像之间的相关系数，根据相关系数最大值的位置估计基底的位置，或者用于这样一种传感器，该传感器检测(不一定是周期性的)对准结构的图像中两特征之间的边缘，并测量这些边缘的位置以估计对准结构的位置，或用于任何其他的光学传感器。在每种情况中，能够对模型编程，将对准结构的形状参数与测得的量联系起来，比如作为位置的函数的相关性，图像边缘轮廓等，据此能够估计各参数并且将参数用于校正测得的位置。
通过提供一个根据在对准过程中可以校准的基底的参数所表示的模型(对于对准结构的光学特性而言是相关的)并且计算那些参数和对准过程中由对准系统测得的量之间的光学关系，可以不需要提供大量的位置测量来校准位置校正量。模型可以用任何条件表示出来。优选使用形状参数，其用参数表示基底上的结构比如棱的几何形式。这种参数的例子是表示在棱的某一侧上的棱的边缘斜度、棱顶部的平台的斜度以及棱之间的谷部、边缘高度或深度、棱上面的层的层厚度等参数。另外，可以给出其他参数，在对准之前已经预先为这些参数设定了固定值。
可以供选择或另外可以使用非几何参数，比如基底上的层的材料折射率，或者结构所用材料的反射系数。这些参数通常能够预先设定。到目前为止，可以使用其他可选的光学参数，比如表示沿着对准结构周期性变化的方向，在对准结构的表面或其附近的Γk(x，y)逐段逼近的系数(比如根据多项式近似法)。在这种情况下，逐段逼近的段近似对应于对准结构中基底上的连续结构。就所关心的光学效应而言，这些参数相当于多个结构参数。当然，在使用这些参数时，也可以预先固定其中的一些，而其他值在对准过程中确定。
优选地，对处理单元29编程以能够利用程序参数组的任何组合进行这种计算。在另一个实施方式中，处理单元29配有一个接口，这一接口命令处理单元29选择应使用的可利用参数组的参数。该接口比如是用于输入参数选择的键盘或者网络连接(未示出)，通过该网络连接计算机辅助制造系统向处理单元29发出这些参数的选择信号。这些知晓用于处理基底的处理过程以及可能由这些处理产生并且可能是可变的参数值的技术人员，能够适应对准系统的操作，而无需具备对准子系统的光学特性的知识。
可以在对准过程中为其选择数值的参数不需要每次明确选出。相反，处理单元29可以包含存储子集的多个选择(stored subset selection)，使接口只需要指定存储子集之一。另外，接口可以用来为没有被选择的参数和范围指定数值或者为选择的参数指定平均值。
处理单元29使用来自接口的信息，适应所选参数的计算，并且根据由此计算的参数校正位置测量。这样，使用者能够根据对准之前基底W所经过的处理的类型来改变处理单元的操作。
虽然本发明的各具体实施例已经在上面进行了说明，但应当理解本发明可以采用不同于上述的其他方式进行实施。说明书不作为本发明的限制。
Claims (20)
1.一种光刻投射装置，包括：
-用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据理想的图案对投射光束进行构图；
-用于保持基底的基底台，所述基底包括具有空间周期性变化光学特性的对准结构；以及
-光学对准系统，设置为
-利用位置信息确定所述对准结构相对于构图部件的位置，所述位置信息来自受基底影响的光，所述位置信息是受基底位移影响的信息；以及
-根据上述位置控制构图部件相对于基底的定位，
其特征在于将该光学对准系统设置为
-测量受到该基底影响或受到另一基底影响的光的位置不变信息，所述另一基底与所述基底一样已经历一个或多个处理步骤，或者其具有用于处理所述基底的相同的处理参数值；以及
-至少在位置不变信息的控制下，确定校正的大小，所述校正用于根据不同衍射级对的相位值确定所述位置。
2.根据权利要求1的光刻投射装置，其中光学对准系统是相位光栅对准系统，设置为
-测量光的级对的强度变化的相位值，所述光通过对准结构衍射，相位值作为基底相对位置的函数；
-根据该相位值确定所述对准结构相对于构图部件的位置；以及
-根据该位置控制构图部件相对于基底的定位，
其特征在于该相位光栅对准系统设置为
-测量由多个不同衍射光级对中单独级对的强度变化决定的相对位置的振幅，衍射光来自所述基底上或者另一个基底上具有空间周期性光学特性的对准结构或另一个对准结构，所述另一个基底与所述基底一样已经历一个或多个处理步骤，或具有用于处理所述基底的相同的处理参数值；
-至少在测得强度值的控制下，确定校正的大小，所述校正用于根据不同衍射级对的相位值确定所述位置。
3.根据权利要求1或2的光刻投射装置，其中该对准系统设置为对多个波长的光测量各自的位置不变信息，并且利用对多个波长所测得的各个位置不变信息的组合确定所述校正。
4.根据权利要求1或2的光刻投射装置，包括一种所讲授的神经网络设备，用以至少在位置不变信息的控制下确定校正。
5.根据权利要求1的光刻投射装置，其中对准系统包括表示一种参数表示模型的信息，参数表示模型说明由对准结构的反射或透射决定的位置，该对准系统设置为
-根据光学系统的物理法则，估计该模型的对应于振幅的一个或多个参数值；
-根据一个或多个估计值确定校正。
6.根据权利要求5的光刻投射装置，其中对准系统设置为计算关于测得的振幅值和基于模型的振幅值之差的信息，并且确定一个或多个估计值使该差值最小，所述基于模型的振幅值依据参数表示的模型和光学系统的物理法则。
7.根据权利要求2的光刻投射装置，其中对准系统设置为测量多个不同衍射级对的相位值，根据多个不同衍射级对的相位值和振幅值的组合确定校正。
8.根据权利要求7的光刻投射装置，其中对准系统包括表示一种参数表示模型的信息，参数表示模型用于表述由对准结构的反射或透射决定的位置，该对准系统设置为
-计算关于测得的振幅值和基于模型的振幅值之差的信息，所述基于模型的振幅值依据参数表示的模型和光学系统的物理法则
-与模型的一个或多个参数相结合估计一个或多个使该差别最小的位置的值。
9.根据权利要求5、6或8的光刻投射装置，其中对准系统设置为提供一组可利用的模型参数，并且包括用于选择其数值被估计的一个或多个参数的接口，从而根据可利用的模型参数的集合确定校正，对准系统仅估计为确定校正所选择的一个或多个参数的值。
10.根据权利要求5、6或8的光刻投射装置，其中模型的一个或多个参数描述了对准结构的几何特性。
11.一种器件制造方法，包括以下步骤：
-提供构图部件使该投射光束在其横截面上具有图案；
-提供至少部分被一层辐射敏感材料覆盖的基底，该基底包括具有可空间周期性变化的光学特性的对准结构；
-利用受到基底影响的光的位置信息来确定所述对准结构相对于构图部件的位置，所述位置信息是受基底位移影响的信息；以及
-根据该位置控制构图部件相对于基底的定位；
其特征在于所述位置的确定包括
-测量受到基底影响或受到另一基底影响的光的位置不变信息，所述另一基底与所述基底一样已经历一个或多个处理步骤，或其具有用于处理所述基底的相同的处理参数值；以及
-至少在位置不变信息的控制下，确定校正的大小，所述校正用于根据不同衍射级对的相位值确定所述位置。
12.根据权利要求11的器件制造方法，其中对位置信息的利用包括
-测量光的级对的强度变化的相位值，所述光通过相位光栅对准结构衍射，相位值作为基底相对位置的函数；
-根据该相位值确定所述对准结构相对于构图部件的位置；
其特征在于，对位置不变信息的测量包括
-测量由多个不同衍射光级对中单独级对的强度变化决定的相对位置的振幅，衍射光来自所述基底上或者另一个基底上具有空间周期性光学特性的对准结构或另一个对准结构，所述另一个基底与所述基底一样已经历一个或多个处理步骤，或具有用于处理所述基底的相同的处理参数值；
-至少在测得强度值的控制下，确定校正，所述校正用于根据不同衍射级对的相位值确定所述位置。
13.根据权利要11或12的器件制造方法，其中对位置不变信息的测量包括对多个波长的光测量各自的位置不变信息，并且利用对多个波长所测得的各个位置不变信息的组合确定所述校正。
14.根据权利要求11或12的器件制造方法，包括利用神经网络设备确定至少在位置不变信息的控制下的校正，教导该神经网络设备，以借助于优化实例和/或校正和位置不变信息结合的理论预测实例来确定校正，所述优化实例包含所需校正的测量和位置不变信息的相应测量。
15.根据权利要求11或12的器件制造方法，包括
-提供一种参数表示模型，该模型说明由对准结构的反射或透射决定的位置；
-根据光学系统的物理法则，估计该模型的对应于振幅的一个或多个参数值；
-根据该一个或多个估计值确定校正。
16.根据权利要求15的器件制造方法，包括计算关于测得的振幅值和基于模型的振幅值之差别的信息，并且确定一个或多个估计值使该差别最小，所述基于模型的振幅值依据参数表示的模型和光学系统的物理法则。
17.根据权利要求11的器件制造方法，包括测量多个不同衍射级对的相位值，根据多个不同衍射级对的相位值和振幅值的组合确定校正。
18.根据权利要求17的器件制造方法，包括
-提供一种参数表示模型，该模型用于表述由对准结构的反射或透射决定的位置；
-计算关于一方面测得振幅值和测得相位值与另一方面基于模型的振幅值和相位值之间的组合差值的信息，所述基于模型的振幅值和相位值依据参数表示的模型和光学系统的物理法则；
-与一个或多个模型的参数结合估计一个或多个位置的值，使差别最小。
19.根据权利要求15的器件制造方法，包括选择其数值被估计的一个或多个参数，从而根据可利用的模型参数的集合确定校正，所述选择取决于基底所经历的处理步骤的性质。
20.根据权利要求11或12的器件制造方法，其中模型的一个或多个参数描述了对准结构的几何特性。
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