CN1573560A - 光刻设备和校准方法及器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

为校准具有可编程的图形形成装置的光刻设备，使用了诸如CCD的传感器、CMOS传感器或光电二极管阵列，该传感器具有检测器元件，该各检测器元件比与该可编程的图形形成装置的单个像素对应的点的尺寸更大。有选择地单独或成组激活各个像素。

Description

光刻设备和校准方法及器件制造方法
本发明涉及光刻设备和器件制造方法。
光刻设备是把所需的图形敷加在一基片的目标部分上的一种机器。  光刻设备可应用在例如集成电路(ICs)、平面板显示器和涉及精细结构的其它器件的制造中。在传统的光刻设备中，图形形成装置，另外也称为掩模或光网，可用来生成对应于IC(或其它器件)的单个层的电路图形，而这个图形可被成像在一基片(例如硅晶片或玻璃板)的目标部分(例如包括一个或多个芯片的零件)的上面，该基片具有辐照敏感材料(抗蚀剂)层。作为掩模的替代物，该图形形成装置包括单个可控元件的阵列，该单个可控元件用来生成该电路图形。
通常，单个基片将包含逐次地被曝光的各相邻目标部分的网络。已知的光刻设备含有所谓的分档器和所谓的扫描器；在该分档器中，利用在一次执行中将整个图形曝露于目标部分上，来使每个目标部分被辐照；在该扫描器中通过在一给定方向(扫描方向)的投射射束扫描该图形同时在平行或不平行于这个方向的方向上同步地扫描该基片来使每个目标部分被辐照。
在应用可编程的图形形成装置的光刻设备中，与应用传统的掩模的机器相比，前者必须施行若干次附加的校准。例如，对于该可编程的图形形成装置的每个元件(像素)来说，需要测量被传递至该基片的辐照强度。还必须测量被投射在该基片上面的每个点的尺寸及位置。在一可编程的图形形成装置中给出了非常大量的元件，大概是千万个，这种逐个地像素校准，如果需要周期性地重复它们，要花费过长的时间并表现为生产量显著降低。
在用于制造非常精细图形的光刻设备中，特别是使用缩小投射系统的一个设备中，对于每个像素，由于被投射在该基片上面的点极小----比任何检测器小得多，甚至比CCD的单个元件小。应该指出在该基片上的点的尺寸是由投射镜片决定的，并且根据K1因子的值可能大于该可编程的图形形成装置的单个像素的几何图像。可以实施一系列的曝光实验并可测量其结果，但非常费时并且因此对周期性再校准是不可行的。因此曾经提出在该各投射镜片的一中间图像平面处实施校准测量，例如通过提供一半透明镜来向一个检测器引导一部分射束，例如可见US2003/0081303A1及WO03/046665，或者提供可移入和移出该射束的一个检测器。可以选择一中间图像平面，在该平面处图像比被投射在该基片上的图像大得多。然而，一个半透明镜将不可避免地在一定程度上减弱该投射的图像，并且在该投射镜片中提供用于可移动检测器的空间及机构是不方便的。还有，在一中间图像平面处的测量不能考虑到该投射镜片的后续元件的影响。
US6,121,626及US2001/0033996A公开了使用可透射的动态掩模及安装在晶片级上的CCD的光刻设备。该CCD图像与所需图像进行比较以优化该动态掩模上的图形以及焦点、剂量、NA及σ设定值。
本发明的一个目的是提供能够最好应用在基片水平处进行的测量更快速及可靠地校准可编程的图形形成装置的设备及方法。
这个和其它的目的根据本发明在一光刻设备中来实现，该光刻设备包括：
*用于供应辐照投射射束的照射系统；
*用来赋予该投射射束以图形的单个可控元件的阵列；
*用于支承基片的基片台；和
*用于把该带图形的射束投射到该基片的目标部分上面的一投射系统，
其特点是：
*位于该投射的图形射束中而不是在所述基片中的检测器具有多个检测器元件，每个检测器元件比与所述可编程的图形形成装置的单个像素对应的点大。
合适地选择该阵列的各元件(各像素)的激活，使得能够使用具有多个检测器元件的检测器，该多个检测器元件比对应于每个像素投射的点大得多。各像素可被单独地或以图形方式激活，以便单个地校准它们或检测变化。在逐次激活与检测循环之间，该检测器可被移动，或者能够用较小的检测器来校准较大的阵列，或者改善各检测器元件之间的边界上或靠近该边界的各像素的校准。
较好的是，该检测器安装在该基片台上，使该检测器能够通过该基片台已有的定位系统定位在该投射射束中。
较好的是，该检测器包括CCD、CMOS传感器或光电二极管阵列。
在一个优选实施例中，该检测器还包括有孔件，该有孔件具有对应于该多个检测器元件的多个孔，每个孔比投射在所述检测器上并对应于单个像素的点大。较好的是，每个孔比该投射的点的尺寸大10倍和/或比检测器元件尺寸的75％小。该有孔件能使各像素之间的干扰被减小。
另外，较好的是该检测器还包括微透镜阵列，所述微透镜阵列的每个微透镜用来扩散该辐照，该辐照对应于跨过一个或多个所述检测器元件的单个像素。该微透镜阵列能提高该测量灵敏度。
根据本发明还有的一方面提供了：
器件制造方法，该方法包括步骤：
*提供基片；
*应用一照射系统提供辐照投射射束；
*单个可控元件阵列赋予该投射射束以图形；和
*把该辐照的带图形的射束投射在该基片的目标部分上面；其特征在于：使用单个可控的元件的阵列的所述步骤之前，通过根据如上描述的权项6-11中任一项的方法来校准所述阵列。
当此处使用了术语“单个可控的元件阵列”时应广泛地解释为是指能被用来赋予射入的辐照射束以带图形的横截面的任何装置，使得所需的图形能生成于该基片的目标部分中；术语“光阀”和“空间调光器”(SLM)也可被应用于本文范围。这种图形形成装置的例子包括：
*一可编程的镜阵列。其可包括矩阵-可寻址表面，该表面具有粘弹性的控制层和反射表面。这种设备背后的基本原理是(例如)：该反射表面的已编址区域将入射光反射成为衍射光，而不可寻址区域将入射光反射成为非衍射光。使用合适的空间滤光器，该所述非衍射光可从该反射的射束中被过滤出，只留下该衍射光到达该基片；用这种方法，根据该矩阵-可寻址表面的该寻址图形使该射束变成带图形的。将会理解到，作为另外一种方法，该滤光器可滤出该衍射光，留下非衍射光到达该基片。衍射的光学MEMS器件阵列也可以相应的方法被应用。每个衍射光学MEMS器件包括多个反射带，该反射带可彼此相对变形以形成光栅，该光栅反射入射光成为衍射光。可编程的镜阵列的另一个实施例使用微镜的矩阵构造，通过施加合适的局部电场，或通过使用压电致动装置，每个该微镜都可绕轴线单独地倾斜。再有，该各镜是矩阵-可寻址的，使得已寻址的各镜将在不同方向上反射入射辐照射束至各未寻址的镜；用这种方法，根据该各矩阵-可寻址镜的该寻址的图形，该反射的射束变成是带图形的。所需的矩阵-寻址可使用合适的电子装置来完成。在上面描述的两种情况中，该单个可控元件阵列可包括一个或多个可编程的镜阵列。此处涉及的有关镜阵列的更多信息例如可从美国专利US5,296,891及US5,523,193和PCT专利申请WO98/38597及WO98/33096中收集到，它们被包含在本文作参考。
*可编程的LCD阵列。这样一种结构的例子在美国专利US5,229,872中给出，它被包含在本文作参考。
应该理解到在使用了特性预偏置、光学邻近校正特性、相位变化技术和多次曝光技术时，例如，“显示”在该单个可控元件阵列上的该图形可能实质上区别于最后传递至该基片的一层上或基片上的图形。类似地，最后生成于该基片上的图形可不对应于任何一瞬间形成于该单个可控元件阵列上的图形。这在一种安排中可能是正确的，在该安排中形成在该基片每个部分上的最后图形经过给定的时间周期或给定次数的曝光而建成，在该周期或该曝光期间在单个可控元件阵列上的图形和/或该基片的相对位置改变了。
虽然在本文中专门参考制造ICs的光刻设备的使用，应该理解的是本文描述的该光刻设备有其它的用途，诸如集成光学系统的制造、磁领域存储器的引导及检测图形、平板显示器、薄膜磁头等。熟练的技工将会理解：在这种其它用途范围内，术语“晶片”或“芯片”在本文中的任何使用都可被认为分别与更常用的术语“基片”或“目标部分”是同义的。本文涉及的该基片在例如轨道工具(一般对基片敷加抗蚀剂层并产生该曝光的抗蚀剂的工具)或度量工具或检验工具中曝光之前或之后可被处理。在应用时，本文公开可应用于这种和其它的基片处理工具。还有，例如为了生成多层IC，该基片可进行一次以上处理，所以本文所使用的术语“基片”也是指已经含有多次处理的各层的基片。
本文使用的术语“辐照”和“射束”包含所有形式的电磁辐照，包括紫外线(UV)辐照(例如波长为408、355、365、248、193、157或126nm)和极端紫外线(EUV)辐照(例如波长范围5-20nm)，以及诸如离子射束或电子射束的粒子射束。
本文使用的术语“投射系统”应被广泛解释为包含多种形式的投射系统，包括衍射光学系统、反射光学系统和反折射光学系统，其例如适于该曝光辐照，或者其它因素，诸如使用浸渍液体或使用真空。此处术语“透镜”的任何使用部可被认为与更常用的术语“投射系统”是同义的。
该照射系统也可包含各种形式的光学部件，包括：衍射的、反射的和反折射的光学部件，这些部件用于对准、成形或控制辐照投射射束，而这些部件在下面也可总体地或单独地称为“透镜”。
该光刻设备可能是具有两个(双级)或更多个基片台形式的。在这种“多级”机器中，可并列使用增加的台，或者在一个或多个台上实施预备步骤而同时一个或多个其它台被用于曝光。
该光刻设备也可能是一种形式的设备：在该设备中该基片被浸渍在例如水的具有相对高的折射率的液体中，以便填充该投射系统的成品元件与基片之间的空间。浸渍液体也可应用于该光刻设备中的其它空间，例如，单个可控元件的阵列与该投射系统的第一元件之间的空间。用于增大投射系统的该数值孔径的浸渍技术在技术上是公知的。
下面将仅通过举例的方法同时参考所附的略图来描述本发明的示例性实施例，在其中：
图1描绘根据本发明第一实施例的光刻投射设备；
图2描绘含有校准检测器的基片台；
图3图释投射的点与检测元件之间的关系；和
图4-6示出用于本发明第二及第三实施例中的检测器。
在附图中，相应的标号标示相应的零件。
实施例1
图1简略地描绘了根据本发明的具体实施例的光刻投射设备。该设备包括：
*用于提供辐照(例如UV辐照)的投射射束PB的照射系统(照射器)IL；
*用来赋予该投射射束以图形的单个可控元件阵列PPM(例如可编程的镜阵列)；通常该单个可控元件阵列相对于元件PL的位置是固定的；然而为使单个可控元件阵列PPM相对于元件PL精确地定位可替换成使该单个可控件阵列PPM连接于定位装置；
*用于支承基片(例如一涂敷了抗蚀剂的晶片)W和为使基片W相对于元件PL精确地定位而连接于定位装置PW的基片台(例如晶片台)；和
*用于使图形成像的投射系统(“透镜”)PL，通过单个可控元件阵列PPM使赋予该投射射束PB的该图形成像在该基片W的目标部分C(例如包含一个或多个芯片)上面；该投射系统可使该单个可控元件阵列成像在该基片上；另外，该投射系统可使第二信号源成像，对于该第二信号源，该单个可控元件阵列的元件充当光闸；该投射系统还可包括聚焦元件阵列，诸如微透镜阵列(称为MLA)或菲涅耳透镜阵列，以形成例如该第二信号源并把各微小点成像在该基片上。
如此处所描述的，该设备是反射式的(即具有反射的单个可控元件阵列)。然而，通常它也可以例如是透射式的(即具有透射的单个可控元件阵列)。
照射器IL从辐照源SO接收辐照射束。该辐照源与该光刻设备可以是分离的机构，例如当该辐照源是准分子激光器时。在此情况下，该辐照源不考虑构成该光刻设备的一部分，而借助于例如包括合适的各对准镜和/或射束扩大器的射束传送系统BD，该辐照射束从该辐照源SO通过到达该照射器IL。在其它的情况下，该辐照源可以是该设备的一体部分，例如当该辐照源是水银灯的情况。辐照源SO与照射器IL，如果需要，可与射束传送系统BD一起称为辐照系统。
照射器IL可包括用于调节该射束的倾斜的光强分布的调节装置AM。通常，至少在该照射器的光孔平面中的光强分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)是可调节的。此外，照射器IL通常包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光镜CO。该照射器提供已调节的辐照射束，称为投射射束PB，在其横截面内具有所需的均匀度和光强分布。
射束PB继之与单个可控元件阵列PPM相交。在被该单个可控元件阵列PPM所反射过后，射束PB穿过投射系统PL，该系统PL使射束PB聚焦在基片W的目标部分C上面。在定位装置PW(和干涉测量装置IF)的帮助下，基片台WT可精确地移动，例如使得不同的目标部分C在射束PB的路径中定位。使用时，该单个可控元件阵列的该定位装置可被用来例如在扫描期间精确地校正该单个可控元件阵列PPM相对于射束PB的路径的位置。通常，该目标台WT的移动是在长行程组件(粗定位)和短行程组件(精定位)的协助下实现的，它们没有在图1中清楚地被描绘。类似的系统也被用于单个可控元件阵列的定位。将会理解到该投射射束可交替地/附加地移动，而该目标台和/或单个可控元件阵列可具有固定的位置以提供所需的相对运动。另外，特别是在平板显示器的制造中可应用，该基片台的位置及该投射系统的位置可以是固定的，而该基片可被安排成相对于该基片台移动。例如，该基片台可设置用于以基本恒定速度越过该基片台而扫描基片的系统。
虽然根据本发明的该光刻设备在本文被描述成用于曝光基片上的抗蚀剂，应该理解的是本发明不局限于这个用途，而该设备可用来投射应用于无抗蚀剂光刻中的带图形的投射射束。
所描绘的设备可以4种优选模式使用：
1、步进模式：该单个可控元件阵列赋予该投射射束以完整图形，该图形在一次执行中(即单次静曝光)被投射在目标部分C上面。然后基片台WT在X和/或Y方向移动使不同的目标部分C能被曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静曝光中成像的该目标部分C的尺寸。
2、扫描模式：该单个可控元件阵列可在给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)以速度V移动，所以导致投射射束PB扫描该单个可控元件阵列；同时，基片台WT在相同的或相反的方向以速度V＝Mv同时地移动，其中M是透镜PL的放大率。在扫描模式中，该曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中该目标部分的宽度(在非扫描方向)，而该扫描运动的长度决定了该目标部分的高度(在扫描方向)。
3、脉冲模式：该单个可控元件阵列基本保持静止，而应用脉冲的辐照源使整个图形被投射到该基片的目标部分C上面。基片台WT以基本恒定速度移动，使得导致投射射束PB扫描跨过该基片W的直线。当需要时，在单个可控元件阵列上的图形在辐照系统的各脉冲之间进行修正，而各脉冲是定时的，使得逐个目标部分C在该基片上的所需位置处被曝光。因此，该投射射束可扫描该基片W以在该基片的一狭长地带上曝光该全部图形。重复该过程直至该整个基片逐行地被曝光。
4、连续扫描模式：此模式基本和脉冲模式相同，区别在于：使用了基本恒定的辐照源，并且单个可控元件阵列上的图形在该投射射束扫描该基片并使它曝光时被修正。
上面描述的各模式应用的结合和/或变化或者使用整个不同的模式都可被采用。
图2显示基片台WT携带有安装在基片夹持器(未图示)上的基片W和像素校准检测器10，校准检测器10包括单个检测元件11的阵列。该像素校准检测器可能是CCD、CMOS传感器、光电二极管阵列或其它合适的器件。在该投射射束的辐照以一诸如将会损伤该检测器的DUV波长进行时，转换器层可被置于该检测器上方。该转换层例如通过荧光把短波长曝光辐照的光子转变为可见光，该检测器可检测到该可见光而不会损伤该检测器。如所显示的，像素校准检测器10被固定在基片台WT上邻近该基片夹持器，但是也可使用例如安装在可由该基片夹持器夹持的虚设基片上的可拆卸的检测器。当需要时还可提供独立的定位系统，使该检测器定位在投射透镜PL下面，但最好是使用该基片台，该基片台已经提供了精确定位及移动测量系统。在多级设备中，仅仅一级需要设置像素校准检测器。该像素校准传感器也被用于进行本发明范围之外的其它测量，而本文不作进一步讨论。
每个检测器元件11都比被投射在该基片上对应于该阵列PPM的一单个元件的点大，所以如图3中所示，每个检测器元件11内的点12-1至12-n的阵列可通过合适地控制该阵列PPM的对应像素而被单独地辐照。根据本发明的第一方法，通过依次激活该阵列PPM的像素来实施校准，所以在某一时刻每个检测器元件仅是一个像素被激活。该检测器元件的输出与该阵列PPM的各像素的激活顺序相关，以提供逐个像素的光强测量，该光强测量可被用于校准。在顺序测量期间该检测器不需要移动，所以该校准的速度仅仅被该可编程的图形形成装置的切换速度和该检测器的灵敏度及读出速度所限制，该切换速度是快的。因此能够使灵敏的及快速的合适传感器实现快速地校准。
在该阵列的初始校准之后，该逐个像素测量值可被存储作为参考值以便能进行更快速的改变检测。在本发明的这个第二模式中，对应于每个检测器元件11的若干像素一旦被激活而产生的输出就与该相应的参考值之和进行比较。任何差异都指示发生了变化，然后可实施测量顺序以确定哪些像素已经受到影响。
识别哪一组像素引起了检测的变化的较好方法是下次激活该组中的第一个一半像素，例如象所显示的检测器元件11-b，并把该检测器元件的输出与该累加的对应参考值相比较。如在该步骤中没有检测到变化，该变化可归因于该原始组的第二个一半，而如果引起整个初始检测的变化的变化被检测到了，该变化就可归因于该第一个一半。然后考虑该导致该变化的一半的一半，如此继续直至该变化可归因于单个的像素，因此其参考校准值被修正了。这个方法类似于二叉树检索。
在本发明的第二方法中，对归属不同组的各像素实施两次或更多次循环，例如通过如所示的检测元件11-C的线，来减少这种机会：即在两个或多个像素中的变化互相抵消而因此处于检测不出来的状态。
实施例2
在本发明的第二实施例中，除了如下面所描述的之外，与第一实施例相同，使用了有孔件来减少检测器中的互相干扰。
如图4所示，有孔件13位于检测器10的上方并且对于每个检测器元件11具有一个孔14。每个孔14的形状及尺寸保证从该阵列PPM的一个像素引导至该基片的全部光到达该检测器，但尽可能少的其它的光到达该检测器。例如，如果该阵列的每个像素在该基片上生成侧边为d2的正方形点，对于侧边为d1的每个孔14也是正方形的，此处d1＞d2。大于d2的d1的量必须足以包含点尺寸的可能变化。
有孔件14可以是独立的板件或是放置在检测器10的表面上的层。在另外的情况下，该有孔件应是一种合适的材料，并且有足够的厚度，使有效地对于该投射射束的辐照不透明。利用光刻技术，例如用单个像素或利用过腐蚀而使用高剂量来曝光比正常区段大的区段，而使孔14被制成具有所需的定位及尺寸的精度。
当使用带有孔件的检测器时，该检测器在使该孔对准从不同的像素投射来的要被校正的点时不需要移动，但如果该各孔的间距与投射的各点的间距正确地相重合，移动的次数就仅等于每一检测元件的阵列中各像素的数量，并且不会导致为校正花费的时间过度增长。
使用该有孔层，只有来自所选像素的光到达该检测器元件11，并且这样就能消除散射光效应、严重失准的各像素或被堵塞在执行“(on)”位置的各像素。
实施例3
在第三实施例中，使用了微透镜阵列扩散来自所选像素的辐照以改善该传感器的灵敏度。
微透镜阵列15可被用于扩散光束跨过单个检测器元件11-p，如图5中所示，或者是跨过若干元件11-p至11-s，如图6中所示，通过引导光更均匀地跨过检测器元件，使对该检测器的局部损害得以避免并且图象发晕或该检测器的局部过载被减少了。
扩散该光跨过若干检测器元件可能是有益的，当一个点的光强是高的并冒着单个检测器元件过载的风险时。还允许更长时间“曝光”以提高灵敏度，并通过与由接收来自该点的光的若干检测器元件记录的光强进行比较而实现该点的尺寸及位置的测量。
当该微透镜阵列被用于第二实施例中时，它也可以与有孔件结合起来使用。如果该有孔件是被沉积的层，它可以被设置在微透镜阵列15上面而不是检测器10上。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，将会理解到本发明可以在所描述以外的场合实施。本说明书的意图不是要限制本发明。

Claims (12)

1、一种光刻设备，包括：
* 用于提供辐照投射射束的照射系统；
* 用来赋予该投射射束以图形的单个可控元件阵列；
* 用于支承基片的基片台；和
* 用于把该带图形的射束投射到该基片的目标部分上面的投射系统，
其特征在于：
* 一检测器，可被定位于该投射的带图形的射束内而不是在所述基片中，并具有多个检测器元件，每个检测器元件比与所述可编程的图形形成装置的单个像素对应的点大。
2、根据权利要求1的设备，其特征在于，所述检测器被安装在所述基片台上。
3、根据权利要求1或2的设备，其特征在于，所述检测器包括CCD、CMOS传感器或光电二极管阵列。
4、根据权利要求1、2或3的设备，其特征在于，所述检测器还包括有孔件，该有孔件具有对应于该多个检测器元件的多个孔，每个孔比投射到所述检测器上并对应于所述图形形成装置的单个像素的点大，每个孔最好是比该投射点尺寸的10倍大和/或小于检测器元件尺寸的75％。
5、根据前述各权利要求的任一项的设备，其特征在于，所述检测器还包括微透镜阵列，所述微透镜阵列的每个微透镜用来把对应于所述阵列的单个元件的该辐照扩散跨过一个或多个所述检测器元件。
6、校准光刻设备的一种方法包括：
* 用于提供辐照投射射束的照射系统；
* 用来赋予该投射射束以图形的单个可控元件阵列；
* 用于支承基片的基片台；和
* 用于把该带图形的射束投射到该基片的目标部分上面的投射系统，
该方法包括步骤：
* 使一检测器定位于该投射的带图形的射束内而不是所述基片处，所述检测器具有多个检测器元件，每个检测器元件比对应于所述阵列的单个元件的点大；
* 有选择地激活所述阵列的各个元件；
* 检测接收在所述检测器元件的相应的一个元件中的辐照；和
参考所述检测步骤的结果来校准所述光刻投射设备。
7、根据权利要求6的方法，其特征在于，有选择地激活所述阵列各个元件的步骤，所述各元件被激活，使得在-测量间隔期间，所述阵列的多个元件中仅有一个元件是被激活的，该仅有的一个元件对应于所述检测器各元件中的一个给定元件。
8、根据权利要求7的方法，其特征在于，有选择地激活及检测的步骤，通过所述阵列的所述多个元件中的不同的一个元件重复实施，该不同的一个元件对应于所述检测器各元件中被激活的一个给定元件。
9、根据权利要求6的方法，其特征在于，有选择地激活所述阵列各个元件的步骤，所述各元件被激活，使得在第一测量间隔期间，与所述检测器元件的一个给定元件对应的所述阵列多个元件的第一组元件被激活。
10、根据权利要求9的方法，其特征在于，有选择地激活及检测的步骤，通过所述阵列的所述多个元件中不同的一个元件重复实施，该不同的一个元件对应于所述检测器各元件中被激活的一个给定元件。
11、根据权利要求8或9的方法，其特征在于，在有选择地激活及检测的步骤的重复实施之间，所述检测器相对于该投射的带图形的射束移动。
12、一种器件制造方法包括步骤：
* 提供基片；
* 应用照射系统提供辐照投射射束；
* 使用单个可控元件阵列赋予该投射射束以图形；和
* 把该辐照的带图形的射束投射到该基片的目标部分上面；其特征在于，应用单个可控元件阵列的所述各步骤之前，所述阵列由根据权利要求6-11中任一项的方法进行了校准。
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