CN1577080B - 用于对准或重叠的标记结构，限定它的掩模图案及使用该掩模图案的光刻投影装置 - Google Patents

用于对准或重叠的标记结构，限定它的掩模图案及使用该掩模图案的光刻投影装置 Download PDF

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Abstract

用于对准或重叠的标记结构，限定它的掩模图案及使用该掩模图案的光刻投影装置，在光刻投影中用于将标记结构成像在基底上的掩模图案，该标记结构在使用中布置成用于确定光学对准或重叠，该掩模图案包括组成部分以限定标记结构，该组成部分被分成多个分段元件(EL；ML)，每个分段元件大体上具有器件特征的尺寸，该掩模图案包括用于每个分段元件(EL；ML)的部段形状，其特征在于用于标记结构的掩模图案包括至少一个位于部段形状的临界部分的辅助特征(EL_sub)，用于平衡在光刻投影中在临界部分处产生的平衡光学像差或者光学限制，该至少一个辅助特征(EL_sub)具有大体上小于光刻投影的分辨率的尺寸。

Description

用于对准或重叠的标记结构,限定它的掩模图案及使用该掩模图案的光刻投影装置
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分限定的用于对准或重叠的掩模图案。此外，本发明涉及一种由这种掩模图案形成的标记结构。此外，本发明涉及一种使用标记结构的光刻投影装置。
背景技术
本发明发现一种在光刻投影装置领域的应用，该光刻投影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所需的图案对投射光束进行构图，用于保持基底的基底台；以及用于将带图案的光束投影到基底的目标部分上的投射系统。
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装置，其中所述图案与要在基底的目标部分上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在目标部分中形成的器件如集成电路或者其它器件的特定功能层相对应(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地被透射(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辐射光束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
-可编程反射镜阵列。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。这种装置的基本原理是(例如)反射表面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。可编程反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩陈排列，通过使用适当的局部电场，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，由此已寻址反射镜以与未寻址反射镜不同的方向将入射的辐射光束反射；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定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定址。在上面描述的两种情况中，构图部件可以包括一个或多个可编程反射镜阵列。这里提及的有关反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891和US5,523,193，以及PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在使用可编程反射镜阵列的情况下，所述支撑结构可以体现为例如框架或者工作台，所述支撑结构根据需要可以是固定的或者是可移动的；以及
-可编程LCD阵列。在美国专利US 5,229,872中给出了一个这种结构的实例，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体现为例如框架或者工作台，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一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅晶片)的目标部分上(例如包括一个或者多个管芯(die))。一般地，单一的晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分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，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分；这种装置通常称作晶片步进器或步进-重复装置。另一种装置(通常称作步进-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目标部分；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。关于如这里描述的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，涂敷抗蚀剂和弱烘烤。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，强烘烤和测量/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各种处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-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割技术将这些器件彼此分开，由此所得的单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些处理的进一步信息可从例如Peter van Zant的“微芯片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide toSemiconductor 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“透镜”；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，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“透镜”。
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US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
尽管在本文中可以具体结合在IC的制造中根据本发明的装置的应用，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“分划板”，“晶片”或者“管芯(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“目标部分”代替。
在本文件中，使用的术语“辐射”和“投射光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)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)。
对于光刻处理应该使要进行处理的晶片与掩模上的掩模图案尽可能精确地对准以在基底上得到正确确定的特征，所有这些特征的尺寸应该具有规定的容许偏差。为此光刻投影装置包括晶片对准组件，该晶片对准组件可在给定(规定)的容许偏差范围内提供基底与掩模和掩模图案对准。典型地晶片对准系统根据光学装置进行对准。通过测量来自光学标记的光响应确定晶片的位置或晶片的一部分的位置，该光学标记由光源照明：例如光栅由激光束照明，该激光束从光栅衍射，并且由各自的传感器测量一个或多个衍射级，该传感器通常设置在参考平面上。利用传感器的输出能够获得晶片的位置(相对于参考平面)。
在现有技术中用于对准的光学标记包括具有周期的光栅，以适合于将具有一定波长并在可见光谱范围内的入射光衍射。一个示例性的光栅包括多条线和多个槽，其典型的周期是16μm，从而对于在可见光谱范围内的一个波长获得有用的衍射图案。为了从光栅获得足够的衍射光以及获得很好确定的衍射最大值和最小值，该光栅必须包括最少数量的线和中间槽。对于这种类型的光栅沿周期结构的方向的尺寸典型地是大约750μm。
光栅可以是相栅或者相位标记，其考虑了在光栅的上表面散射光线的相位和在光栅的下表面散射光线的相位之间的相位差。
此外，光栅可以是振幅光栅，其只考虑相对于光栅的上或下表面没有任何其它相位差的光栅的周期结构。典型地，振幅光栅或振幅标记包括多个第一和第二元件的周期结构，这些元件具有相似的表面高度但是各自的反射系数不同。
沿整个生产线在微电子器件处理(或IC处理)过程中使用光学标记。在生产线的前端(FEOL)，标记用于在制造晶体管结构中对准。在随后的阶段在生产线的后端(BEOL)，需要标记用于金属化结构的对准，例如连接线和通路。应该注意在这两种情况下标记的集成度必须足够高以满足需要的对准精度。
在基底的一些区域中存在有一种用于重叠控制的另外的标记结构，以控制抗蚀剂层(在曝光和显影之后)中的掩模图案与已经在基底上的另一图案重叠。已知的一种用于重叠控制的结构是所谓的计量重叠目标(盒中盒的或杆中杆的结构)，其包括第一结构，该第一结构包括4个作为组成部分的矩形块，矩形块的长沿着一假想正方形的一条边布置，以及与第一结构相似但更小的第二结构。为了确定在两个连续层中图案的重叠，将第一结构和第二结构中的一个限定在第一层中的图案里，对于第二连续层将第一结构和第二结构中的另一个限定在抗蚀剂层中的图案里。在使用过程中，通过检测在第一和第二结构中的各个矩形块的边缘确定第一和第二结构的位置(即引力中心)。根据第一和第二结构引力中心位置的差值，确定这两个结构的重叠。
在现有技术中已经认识到为了适当的处理，标记结构的组成部分(该标记结构典型地包括与(部分的)器件特征相同的材料)最好是应该具有与微电子器件特征的尺寸相似的尺寸，以避免在集成电路的处理过程中由尺寸导致的偏差，例如由于在反应离子蚀刻过程中的微负载效应，这会在大标记区域附近的器件结构上发生，或者由于由结构的化学-机械抛光(CMP)决定的尺寸。US5,917,205公开了一种基于电路图案特征的光刻对准标记。利用许多子元件来模拟对准标记结构，这些子元件排列成使得其包络面相应于标记结构。此外，每个子元件的尺寸相应于微电子器件的临界特征尺寸。基本上，对标记尺寸导致的处理偏差的解决方案是通过将大的标记“切分”成许多小尺寸的类似于器件(或“产品”)特征的子元件。
尽管结构的处理偏差减小了，信号强度提高了，但是应该注意特征的重叠和对准还取决于投影系统的性质。投影系统包括多个透镜，每个透镜都可能具有偏差。一般地这种偏差很小，但是由于要成像的器件特征随着每个新器件的产生而变得更小，而像差的相互影响随着每个新器件的产生而增大。
此外，图象失真取决于实际的光路，光信号通过该光路穿过掩模图案(与给定特征相关)的开口，在入射到(涂覆有抗蚀剂)基底之前在投影系统中横过。
由于取决于实际横过的光路和掩模特征衍射光谱，已经观察到的成像特征的失真随着掩模上特征的位置和特征类型而变化，这就是一般公知的图案导致失真。
而且，小特征图案的密度也会影响图案导致失真的数量。对于在掩模图案中心密集部分的失真与由在掩模图案边缘处不密集部分引起的失真不同。因此，对于重叠结构测量的失真，例如在掩模图案的外圆周的盒中盒目标将与在掩模图案的中心部分的失真不同。
典型地，掩模图案的中心包括与半导体器件制造者相关的器件或产品。不利的是，重叠控制不是那样非常地有效：器件具有的失真将不同于在重叠目标或标记结构的位置上测量的失真。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于将标记结构成像的掩模图案，其可降低透镜像差的影响，和在光刻处理中光学投影界限的影响。
在如权利要求1的前序部分限定的掩模图案中可以实现这个目的，该掩模图案的特征在于沿垂直于光刻投影的扫描方向(S)的方向把组成部分分成分段元件(EL；ML)。
有利的是，这种分段布置极大地降低了沿扫描方向图案引起的位移并沿该方向提高了重叠和对准质量。
在本发明的第二方面，在如权利要求2的前序部分限定的掩模图案中可实现这个目的，该掩模图案的特征在于用于标记结构的掩模图案包括至少一个位于部段形状的临界部分的辅助特征(EL_sub)，用于在光刻投影中的临界部分平衡光学像差或者产生的光学限制，该至少一个辅助特征(EL_sub)具有大体上小于光刻投影的分辨率的尺寸。
有利的是，该辅助特征产生对临界部分的校正，否则由于透镜像差将不能在表面层上正确地产生该临界部分的校正。
该辅助特征的尺寸小于在光刻投影装置中投影系统的分辨率，并且不会在光刻处理中产生另一个结构元件。
在本发明的另一方面，其目的是提供一种掩模图案，其具有与第二掩模图案相同的用于“产品”的器件特征的图案导致失真。
在如权利要求4的前序部分限定的掩模图案中可实现这个目的，该掩模图案的特征在于
该至少一个辅助特征(EL_sub)定义为线状部段，该线状部段位于许多线状部段(EL)的临界外边缘附近。
通过使用目标掩模图案能够实现这个目的，在该目标掩模图案中重叠结构的特征的节距类似于产品特征的节距，但是在该目标掩模图案中投影到图像平面的图象是纯粹的计量重叠目标结构。因此根据第二实施方案的目标掩模图案因此包括多个分段元件EL，这些分段元件具有亚分辨率尺寸(即它们是不可打印的)，但是由于它们在投射中的节距可有利地形成计量重叠目标的图象。在本发明的第三方面，其目的是提供一种掩模图案，该掩模图案具有最小的图案导致失真。
在如权利要求6的前序部分限定的掩模图案中可实现这个目的，该掩模图案的特征在于用于标记结构的掩模图案包括多个隔离元件，这种隔离使得被投影的带图案光束大体上填充(fil)投影系统的小孔(AO)。
有利的是，在本发明的这个实施方案中的照明系统提供了在系统限制(qualification)过程中使用的照明，该照明与通常为了生产目的而使用的照明不同。因此，光学上隔离的图案结构的照明的包络面非常近似于覆盖了投影系统的整个小孔，并降低了在系统限制过程中图案导致失真的影响。
而且，本发明的一个目的是提供一种具有最小图案导致失真的标记结构，用于光学对准或重叠。
在由上述的掩模图案产生的标记结构中实现这个目的。
此外，本发明的一个目的是提供一种光刻投影装置，其允许应用上述的标记结构。
最后，本发明的一个目的是提供一种制造标记结构方法，以在由上述掩模图案限定的光刻投影装置中用于光学对准或重叠。
附图说明
下面，参考附图对本发明进行解释，这仅仅是为了说明目的，并不是要限制在随附的权利要求书中限定的保护范围。
图1表示根据本发明包括至少一个标记结构的光刻投影装置；
图2示意性地表示了一个投影系统；
图3表示一个示例性的光瞳平面填充；
图4示意性地表示用于包括小尺寸特征的结构的图案导致位移；
图5表示用于图案导致位移的具有减小的灵敏度的分段标记结构；
图6示意性地表示通过“非对称线缩短”用于分段线部分的线长度的变化；
图7示意性地表示根据本发明第一实施方案用于对标记结构校正非对称线缩短作用的第一掩模图案；
图8示意性地表和根据本发明第一实施方案用于对标记结构校正非对称线缩短作用的第二掩模图案；
图9表示根据现有技术的用于重叠控制的标记结构；
图10表示根据本发明第二实施方案用于重叠控制以校正图案导致位移的标记结构；
图11表示根据本发明第三实施方案用于重叠或对准的标记结构的光瞳平面填充。
具体实施方式
-图1示意性地表示了根据本发明一具体实施方案包括至少一个标记结构的光刻投影装置1。该装置包括：
-辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射)。在这种具体的情况下，辐射系统也包括辐射源SO；
-第一物体台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如一个分划板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于元件PL精确定位的第一定位装置(未示出)连接；
-第二物体台(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元件PL精确定位的第二定位装置PW连接；
-投影系统(“透镜”)PL，用于将扰模MA的辐射部分成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯(die))上。
如这里指出的，该装置属于透射型(即具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。可选择地，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述提及的可编程反射镜阵列型。
光源SO(例如汞灯或受激准分子激光器)产生辐射光束。该光束直接或在横穿过如扩束器Ex的调节装置后，馈送到照明系统(照明器)IL上。照明器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在其横截面具有所需的均匀度和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源SO可以置于光刻投影装置的壳体中(例如常常是当光源SO是汞灯的情况下)，但也可以远离光刻投影装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源SO是受激准分子激光器时，经常为后一方案。本发明和权利要求包含这两种方案。
随后光束PB与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过透镜PL，该透镜将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置和干涉测量装置的辅助下，基底台WT可以精确地移动，以便例如在光束PB的光路中定位不同的目标部分C。类似地，例如在从掩摸库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置(作用于掩模台MT)将掩模MA相对光束PB的光路精确定位。一般地，在图1中没有明确示出的长冲程模块(粗定位)和短冲程模块(精定位)的辅助下，可以实现物体台MT、WT的移动。可是，使用晶片步进器(与步进-扫描装置相对)的情况下，掩模台MT可仅仅与短冲程致动装置连接，或者固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2将掩模MA和基底W对准。
所示的装置可以按照二种不同模式使用：
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”)到目标部分C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的目标部分C能够由光束PB辐射；和
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是给定的目标部分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在掩模图像上扫描；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是透镜PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的目标部分C，而没有牺牲分辨率。
干涉仪测量装置通常包括光源例如激光器(未示出)，和一个或多个干涉仪，该干涉仪用于确定有关要测量的目标例如基底或台的一些信息。例如在图1中示意性地示出了一个干涉仪IF。光源(激光器)产生计量(metrology)光束MB，通过一个或多个光束控制器使该光束通过干涉仪IF。在存在多个干涉仪的情况下，通过使用光学器件将计量光束分成多个独立光束供给每个干涉仪，从而在这些干涉仪之间共用该计量光束MB。
在靠近基底台WT的示例性位置示意性地示出了基底对准系统MS，用于将台WT上的基底与掩模台T上的掩模对准，且该基底对准系统包括至少一个向基底上的标记结构产生光束的光源，和至少一个检测来自该标记结构的光学信号的传感器器件。应该注意基底对准系统MS的位置取决于设计条件，其可随着光刻投影装置的实际类型而变化。
图2示意性地示出了用于如图1所示的光刻投影装置的投影系统PL。
该投影系统可示意性地表示为望远镜。这种望远镜包括至少两个透镜：具有第一焦距f1的第一透镜L1和具有第二焦距f2的第二透镜L2。在该示例性望远镜中第一和第二透镜L1、L2是凸透镜。本领域技术人员可以理解用于光刻投影装置的投影系统可以包括多个凸透镜和凹透镜。
在使用中，位于物面OFP的第一目标O1在参考平面RP上成像为第一图像IM1。该第一物体O1是第一几何图案部分，用于在参考平面RP中的基底上形成第一特征。该第一特征通常是一(部分)要形成的微电子器件，例如晶体管。典型地晶体管具有超微尺寸的横向尺寸。相应地，第一物体在掩模图案中具有的横向尺寸通过投影系统的放大系数M放大。
由于第一物体O1的(静止的)有限小尺寸，经过第一物体的掩模部分的光束仅横向穿过投影系统PL的透镜小孔的第一限定部分。这种作用由从O1向图象IM1延伸的光路表示。
同样，第二物体O2在基底平面上成像为IM2。在该实例中，第二物体O2的尺寸类似于第一物体O1的尺寸，其仅横向穿过投影系统PL的透镜小孔的第二限定部分。然而，由于第二物体在掩模图案中的位置不同，使用的用于将第二物体O2成像的投影系统PL的第二限定部分与用于将第一物体成像的第一限定部分也不同。由于透镜像差随着透镜的位置而变化，因此第一物体O1的图象经受的图案导致失真与第二物体的图象不同。
可以理解在掩模图案上第一和第二物体之间的间距对于经受图案导致失真的第一和第二图象的影响程度不同。当第一和第二物体以相对靠近的距离设置时，投影系统使用的部分几乎是相同的。在距离较大时，由于使用的用于产生第一和第二图象的投影系统的部分不同，失真也是不同的(取决于在投影系统中的局部变化)。
不利的是对于第一和第二物体在单个掩模图案中会发生这种失真的变化。此外在由不同的掩模成像的第一和第二物体之间也会发生失真变化，在这种情况下，失真的变化增加了掩模的重叠误差。
图3表示在光瞳平面中的示例性强度分布。
在投影系统PL的光瞳平面中显示的照明模式取决于提供的照明，还取决于由光源SO照明的物体的形状和尺寸。
图3示出了，用于通过密集排列(packed)的100nm的间距阵列的环形照明的光瞳平面中的强度分布，阵列节距为100nm，光源SO的波长可以是任何一种在上面说明书的介绍部分中所描述使用的辐射光束。
很明显，示出的环形是中心圆环A0，由于在密集排列的阵列上的衍射其还包括两个环形部分A1、A2。阵列中相对短的循环长度(200nm)在0级衍射最大值(即A0)和第一级衍射最大值(如A1、A2)之间提供了相当大的间距。
在成像步骤中将标记结构分割成模拟产品尺寸的结构可能会影响这种结构的限定，从而产生在基底表面上的曝光。从产品结构来看已知曝光步骤会受到图案导致失真作用。
这些图案导致失真作用稍微地移动了产品尺寸结构的中心位置。
图4示意性地示出了这种移动。
图4示意性地表示包括多个小尺寸特征的结构的图案导致移动。
示出的结构可以是分段标记结构，其包括多个分段第一结构元件ML和在第一结构元件之间的第二结构元件T。
该分段标记结构在如上所述的步进-扫描光刻投影装置中曝光。扫描方向用箭头S表示。用箭头D示意性地表示在每个分段“标记线”中的图案导致位移。与扫描方向平行地引导图案导致位移。很明显对于本领域技术人员来说，图案导致位移不利地影响了任何有关测量如对准或重叠的位置。
第一种使图案导致位移的影响最小化的方法是通过将结构中的标记线沿与扫描方向S垂直的方向分段。
图5表示具有对图案导致位移的灵敏度降低的分段标记结构。
此外，如箭头S所表示的光刻投影制造的扫描方向与标记结构的周期平行。现在将图案导致位移(用箭头D表示)引导向垂直于方向S。对准位置不受图案导致位移影响。
然而，对于垂直扫描方向的具有相对小尺寸的特征还会沿扫描方向发生另一种公知的“非对称线缩短”位移作用。典型地，非对称线缩短涉及曝光剂量效应有关，该剂量效应由期望形状的几何的相对小尺寸的临界部分如线的开始部分和末端部分或者区域的拐角引起。
图6示意性地表示由于“非对称线缩短”对分段的线部分的线长度的改变。
扫描方向如箭头S所示。线部分平行于S延伸。盒状区域A1表示线部分的期望形状。圆形实心区域B1表示由曝光步骤限定的形状。已经发现线部分的开始部分会相对于期望的线形状移动相对大的量。线部分的末端会相对于期望的线形状移动相对小的量。通常这种圆形是由投影透镜系统的像差和投影透镜系统的光学特性的限制导致的。
图6中指示IP1表示标记线的期望中心位置(即期望的线形状A1的中心)，指示IP2表示由于线部分的非对称线缩短而测量出的中心位置(即线部分的中心)。不利的是，非对称线缩短导致线形状的中心位置相对于期望位置移动。
在根据本发明的标记结构的实施方案中，通过调节掩模上部段的形状来校正标记结构的各部段。通过调整的形状能够校正剂量效应。
图7示意性地表示在掩模上的第一调整形状，用于校正标记中的非对称线缩短。
图8示意性地表示在掩模上的第二调整形状，用于校正标记中的非对称线缩短。
图7为标记线示出了在掩模上限定的一些部段，其包括一第一调整形式以校正非对称线缩短。
每个分段线包括一个基本的矩形形状，其限定了与如图5所示的期望形状相同的部段。为了校正如上所述的非对称线缩短，期望形状(例如拐角部分)的临界部分(即拐角部分)由盒状辅助部分限定，并部分地重叠期望形状的拐角。在曝光过程中，盒状辅助部分允许对透镜像差和/或投影透镜系统的光学特性的限制校正。
在图8中，为标记线示出了在掩模上限定的一些部段，其包括一第二调整形式以校正非对称线缩短。
为了校正如上所述的图案导致作用，期望形状的临界部分(即拐角部分)由线状辅助部分限定，该线状辅助部分与相邻的部段连接。该线状辅助部分沿垂直于(要形成的)标记的期望扫描方向的方向延伸。
应该注意盒状或线状辅助部分仅限定在掩模上以将标记的形状增大作为曝光图象。由于它们的尺寸小于光刻处理的分辨率，因此在标记图象中不会显示辅助部分。该标记图象仅仅显示具有对非对称线缩短校正的部段期望形状。
还应该注意其它形状的辅助部分能够用于将标记图象校正成期望形状。此外，该辅助部分可以根据它们在掩模图案中的位置具有不同的形状。
图9表示根据现有技术用于重叠控制的标记结构。
现有技术中通过公知的盒中盒或杆中杆目标的标记结构确定重叠控制。盒中盒目标包括第一重叠结构OS1，该第一重叠结构包括4个矩形块B1a、B1b、B1c、B1d，矩形块的长沿一假想正方形的一条边布置，以及与第一结构相似但更小的第二重叠结构OS2，该第二重叠结构也包括4个矩形块B2a、B2b、B2c、B2d。该第一重叠结构OS1限定在基底上的第一层中。接着，在覆盖在第一层的抗蚀剂层中，在对该特定抗蚀剂层的掩模图案的曝光步骤中限定第二重叠结构OS2。
为了确定第一和第二重叠结构的重叠，通过检测在结构中的各个矩形块的长边缘的位置确定第一和第二结构的位置(即矩形块的引力中心)。根据各第一和第二结构引力中心位置的差值，确定这两个结构的重叠(即不重合的量)。
此外，重叠结构OS1和OS2的图案导致失真与产品特征的失真不同，因为重叠结构和产品特征之间的尺寸不同。更大的重叠结构“使用”的投影系统的部分比产品特征使用的更多。因此，由重叠结构确定的不重合可能不会与在双层中产品特征的不重合相对应。
本发明的一个目的是通过大体上对应于产品特征的不重合的重叠测量获得不重合。
图10表示根据本发明第二实施方案用于重叠控制的标记结构以校正图案导致位移。
根据本发明第二实施方案，已经认识到计量重叠目标的图案导致失真应该大体上相似于产品特征(具有小得多的尺寸)的图案导致失真。通过使用目标掩模图案能够实现这个目的，在该目标掩模图案中重叠结构的特征的节距类似于产品特征的节距，但是在该目标掩模图案中投影到图像平面的图象是纯粹的计量重叠目标结构。因此根据第二实施方案的目标掩模图案包括多个分段元件EL，这些分段元件具有亚分辨率尺寸(即它们是不可打印的)，但是由于它们的节距可在投影中形成计量重叠目标的图象。
然而由于在中心的相当多的元件EL，图象的边缘将具有与结构的中心不同的失真。由于重叠测量非常依赖于重叠结构边缘的位置的确定，相对于成像的产品特征的失真还会产生附加的误差。
因此，目标掩模图案的边缘还包括多个亚分辨率元件EL_sub，它们不是成像成这样，但是它们的存在在重叠结构的成像边缘处提供改进的成像条件，使得边缘成像而没有上述附加误差。
由于使用了节距与产品相似的分段元件EL和亚分辨率元件EL_sub，在重叠结构的边缘处的图案导致失真相应于产品特征尺寸的图案导致失真：仅仅部分光学系统以和产品特征相似的方式用于图案移动，正如参考图2详细描述的。
然而在图象平面中，元件EL和EL_sub不是单独成像，相反形成了一个分解图象(在抗蚀剂层中)。现在分解图象的外部边缘位置相应于现有技术中公知的标准重叠目标结构的外侧边缘位置，但是由于成像的条件不同(相对于现有技术的重叠结构)，分解图象的图案导致失真与成像的产品特征的失真相似。因此由分解图象获得的信息与产品特征的不重合一致。
因此第一重叠结构的矩形块B1a、B1b、B1c、B1d和第二重叠结构OS2的矩形块B2a、B2b、B2c、B2d可以由分解图象形成，该分解图象或者通过包括多个元件EL和多个亚分辨率元件EL_sub的线图案形成，其中多个元件EL布置在如图10所示的图案的中心部分，而多个亚分辨率元件EL_sub布置在图案的外侧边缘，或者通过仅包括多个亚分辨率元件EL_sub的线图案形成。
关于系统限制，通常使用对准和重叠结构来实现，也会发生图案导致失真。常规的系统限制对准和重叠结构不是设计成对像差作用不灵敏。因此，在光刻投影过程中对准结构的尺寸和特征形状影响了结构的图象位移(图案导致失真)。所以，由于图案导致失真系统限制会经受不合格的误差。
本发明第三实施方案的目的是通过不使用投影系统PL的光学器件的限定部分，而大体上使用投影系统的所有光学器件，使对于对准结构或重叠结构的给定系统限制掩模图案来说图案导致失真的影响减到最小。
为了实现这个目的，利用被光学隔离的特征构造对准结构掩模图案。该光学隔离的特征是特征元件的宽度大约为光刻投影装置的临界尺寸(即成像分辨率)，并且节距(即在相邻特征元件之间的间距)大约为临界尺寸的5倍或更多倍时的特征。
当隔离特征由投影光束PB照明时，它们引起的衍射足够大使得大体上可使用所有投影系统PL的光学器件(即填充投影系统的小孔)。在图11中示意性地示出了这点，它是投影系统的光瞳平面的示意图。一具有隔离特征的掩模(未示出)由一常规的圆盘形模式照明。该隔离特征产生许多高量级的衍射光束。在光瞳平面中的高量级衍射光束的投影A1、A2、A3......AN-1、AN相对于彼此稍微移动。这样非常完全地填充了投影系统的小孔AO。
尽管已经描述了有关常规的圆盘形模式的本发明的实施方案，但是应该注意可以使用其它照明模式，例如环形照明模式。小孔的填充还会发生。最好是用于系统限制的照明模式应该相应于将用于生产目的的照明。
此外，应该注意尽管本说明一般情况下是关于计量重叠目标的，本发明也可以应用于有关对准标记。

Claims (4)

1.在光刻投影中用于将标记结构成像在基底上的掩模图案，该标记结构在使用中布置成用于确定光学对准或重叠，该掩模图案包括组成部分以限定标记结构，该组成部分被分成多个分段元件(EL；ML)，每个分段元件大体上具有器件特征的尺寸，
该掩模图案包括给每个分段元件(EL；ML)的部段形状，
将组成部分分成分段元件(EL；ML)是沿垂直于光刻投影的扫描方向(S)的方向；
用于标记结构的掩模图案包括至少一个位于部段形状的临界部分的辅助特征，用于平衡在光刻投影中在临界部分处产生的平衡光学像差或者光学限制，该至少一个辅助特征具有大体上小于光刻投影的分辨率的尺寸；
其中所述至少一个辅助特征限定为与多个线状部段(EL)的临界外侧边缘相连接的线状部段。
2.一种由权利要求1所述的掩模图案产生的标记结构。
3.一种光刻投影装置包括：
-用于提供辐射光束的辐射系统；
-用于支撑构图部件的支撑结构；
-用于保持基底的基底台(WS)；
-用于将带图案的辐射光束投射到基底的目标部分上的投影系统；
-在光刻处理过程中布置成用于确定光学对准或重叠的基底对准或重叠系统；
-包括至少一个标记结构的基底，通过使用如权利要求1所述的掩模图案形成该标记结构。
4.提供一种在光刻投影装置中用于光学对准或重叠的标记结构的方法，包括：
-用于提供辐射光束的辐射系统；
-用于支撑构图部件的支撑结构；
-用于保持基底的基底台(WS)；
-用于投影的投影系统；以及
-在光刻处理过程中布置成用于确定光学对准或重叠的基底对准或重叠系统；
该方法包括将辐射投射光束引导通过构图部件，经过投影系统到达基底的目标部分，其中构图部件能够产生如权利要求1所述的图案。
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