CN1725112A - 对准方法和装置，光刻装置，器件制造方法和对准工具 - Google Patents

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Abstract

一个实施例中，前后侧对准光学系统用于投影位于基片后侧的标记。前后侧对准光学系统设置成可使投影到前后侧对准光学系统的图象窗口的图象是基片后侧的标记的平移复制。这样机构的一个潜在优点是光轴位置的任何轻微不准确不会导致基片标记的图象的不准确。平移复制图象可用于基片的对准。

Description

对准方法和装置，光刻装置，器件制造方法和对准工具
技术领域
本发明涉及一种对准装置和方法，尤其是应用于光刻的对准装置和方法。
背景技术
光刻装置是一种可施加希望图案到基片的目标部分的设备。光刻装置可用于，例如，制造集成电路(ICs)。在这种情况下，图案结构，如掩模，可用于产生对应于集成电路各层的电路图案，该图案可成像于带有一层辐射敏感材料(保护层)的基片(即硅晶片)的目标部分(包括一个或多个芯片)。一般地，单个基片包含接续曝光的相邻目标部分的电路。已知的光刻装置包括所谓的步进曝光机，其中各个目标部分受到一次照射将整个图案曝光到目标部分；和所谓的扫描器，其中各个目标部分受到照射扫描图案，其通过给定方向(即扫描方向)的投影光束同步地沿平行或反向平行于给定方向扫描基片。
尽管本文特别涉及制造集成电路的光刻装置，但应当知道，本文介绍的光刻装置还有其他应用，比如制造集成光学系统，引导和检测磁畴存储器、液晶显示器(LCDs)，薄膜磁头等的图案。所属领域的技术人员应当理解，在这些可选择的应用中，使用的术语“晶片”或“芯片”分别是更概括的术语“基片”或“目标部分”的同义词，本文所涉及的基片可在曝光前或后在磁道(track)(一种工具通常用于向基片施加保护层和对曝光的保护层显影)或在度量衡或检查工具中进行处理。当应用时，所公开的装置可使用这些和其他的基片处理工具。此外，基片可进行不止一次处理，例如，为了形成多层集成电路，本文所用的术语“基片”是指含有多个处理过的层的基片。
本文所用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(UV)，即具有365，248，193，157或126纳米波长；和远紫外线辐射(EUV)，即具有5到20纳米范围的波长；以及粒子束，如离子束或电子束。
本文所用的术语“图案结构”应当广义解释为一种结构件，可施加图案到投影光束的截面，在基片的目标部分形成图案。应当注意到，施加到投影光束的图案不一定完全对应于基片的目标部分需要的图案。一般地，施加到投影光束的图案对应于目标部分，如集成电路，形成器件的特殊功能层。
图案结构可以是透射的或是反射的。图案结构的示例包括掩模、可编程的反射镜阵列，和可编程的LCD屏。对于光刻技术中都熟悉的掩模，其类型包括二元，交替相位移和衰减相位移，以及各种混合掩模类型。可编程的反射镜阵列的示例使用小反射镜矩阵，各个小反射镜可单独倾斜，以便沿不同的方向反射入射辐射光束，通过这种方式，反射的光束形成图案。在图案结构的各示例中，支撑结构可以是框架或工作台，例如，其可以根据需要是固定或移动的；可保证图案结构位于相对投影系统的希望位置。本文所用的术语“标线”或“掩模”可认为是更概括的术语“图案结构”的同义词。
本文所用的术语“投影系统”应当广义地解释为各种投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统，反折射光学系统，适用于辐射曝光光束，或其他介质，如采用浸液或真空。本文使用的术语“透镜”应当认为是更概括的术语“投影系统”的同义词。
照明系统也包括各种类型的光学元件，包括折射、反射和反折射光学元件，用于引导、成型和控制辐射投影光束，这些元件在下面可以集体地或单独地称为“透镜”。
光刻装置可以设有两个(双级)或多个基片台(和/或两个或多个掩模台)。在这种“多级”设备中，可平行使用另外的台，或者可在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个其他的台进行曝光。
光刻装置还可以具有的类型是，基片浸入具有较高折射率的液体中，如水，其充满投影系统的最终元件和基片之间的空间。浸入液体还可以施加到光刻装置的其他空间，例如，掩模和投影系统的第一元件之间的空间。浸入技术在所属领域都已知道，可增加投影系统的数值孔径。
希望在曝光前正确地对准基片，即保证功能特征的精确投影。传统上，可通过使用图2所示的装置来实现。互补的对准标记M1，M2和基片标记P1，P2分别设置在掩模和基片上，对准系统用于检测对准程度。对准系统的示例是一般的，使用透镜对准系统以及共同未决的欧洲专利申请Nos.02251440和02250235中介绍的对准方法和装置。标记一般位于基片的前侧，但是也可以位于基片的后侧。标记位于基片的后侧适用于，例如，对基片两侧进行曝光的情况下。尤其是在制造微机电系统(MEMS)或微光-机电系统(MOEMS)时。当基片标记P1和P2位于基片后表面时，可被前后侧对准光学系统22在基片W的侧面重新成像，形成如附图图2所示的P2的图象Pi(P1将通过前后侧对准光学系统的另一分支重新成像)。前后侧对准光学系统与对准系统AS一起用于确定基片前侧的标记相对基片后侧标记的位置。这使得暴露在基片前侧的功能特征可正确地与暴露在基片后侧的功能特征直线相对。
使用传统的前后侧对准光学系统，基片标记的镜像投影到前后侧对准光学系统的图象窗口。镜像是上面介绍的用于对准的图象，因此其相对基片标记实际位置的位置必须精确地知道。具体地，前后侧对准光学系统的光轴，镜像围绕光轴翻转，必须精确地知道。光轴的任何误差将导致测量基片位置的两倍误差。
此外，由于光学系统的反射，基片后侧标记的图象的转动相对于基片前侧的转动。如果不认真对待，可导致细微对准时出现问题。
发明内容
根据本发明一个实施例的对准方法包括提供基片，基片具有在其后侧的基片标记，形成所述基片标记的图象；和提供对准系统，利用对准光束检测基准标记和所述基片标记的所述图象之间的对准；其中所述标记的图象是所述基片标记的平移复制。
根据本发明的实施例的器件制造方法，其包括本文介绍的对准方法，利用照明系统提供辐射投影光束；使用图案结构使投影光束的截面带有图案；投影带图案的辐射光束到基片的目标部分。
根据本发明的实施例的对准工具，包括基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片的后侧时，可利用辐射对准光束，检测基准标记和基片标记的图象之间的对准；和光学系统，设置成可投影设置在所述基片后侧的基片标记的平移复制以形成所述图象。
根据本发明实施例的光刻装置，包括基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片后侧时，可利用辐射对准光束，检测基准标记和所述基片标记的图象之间的对准；光学系统，设置成可投影设置在所述基片的后侧的所述基片标记的平移复制以形成所述图象。
根据本发明另一实施例的对准工具，包括基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片的后侧时，可利用辐射对准光束检测基准标记和基片标记之间的对准；光学系统，允许所述对准系统和所述基片标记之间有光连通；其中，所述光学系统具有为零的纯放射效应，可使所述对准系统不改变位置检测所述基片标记。
根据本发明另一实施例的对准工具，包括基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片的后侧时，可利用辐射对准光束检测基准标记和基片标记之间的对准；光学系统，设置成可投影所述位于所述基片后侧的基片标记，以形成所述图象；所述光学系统具有为零的纯反射效应，可使所述对准系统以相对所述基片标记不变的位置检测所述基片标记的图象。
附图说明
现在将参考示意性附图来介绍具有示例方式的本发明实施例，其中对应的参考标记表示对应的部件，附图中：
图1示出了根据本发明的实施例的光刻装置；
图2示出了前后侧对准装置；
图3a示出了在YZ平面上的第一实施例；
图3b示出了在XY平面上的第一实施例；
图4a显示了在YZ平面上的第二实施例；
图4b显示了在XY平面上的第二实施例；和
图5显示了第三实施例。
具体实施方式
本发明的实施例包括对准方法，其中将由于光轴转动造成的误差减少到最小。
图1示意性地示出了根据本发明特定实施例的光刻投影装置。装置包括：
照明系统(照明器)IL，设置成可提供辐射投影光束PB(如紫外辐射线)；
第一支撑结构(掩模台)MT，设置成可支撑图案结构(如掩模)MA，并连接到第一定位装置PM上，可使图案结构相对于部件PL精确定位；
基片台(即晶片台)WT，设置成可保持基片W(如涂复保护层的晶片)，并连接到第二定位装置PW上，可使基片相对于部件PL精确定位；
投影系统PL(如折射投影透镜)，设置成可将图案结构MA施加到投影光束PB的图案成像到基片W的目标部分C(包含一个或多个芯片)上。
如图所示，该装置是透射型的(即带有透射掩模)。或者，装置也可以是反射型的(即使用上面提到类型的可编程的放射镜阵列)。
照明器IL设置成可接收来自辐射器源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是分开的机构，比如当辐射源是受激准分子激光器时通常如此。在这种情况下，不认为辐射源是光刻装置的一部分。辐射光束从源SO通过光束输送系统BD到达照明器IL，光束输送系统可包括适当定向的反射镜和/或光束扩展器。在其他情况下，辐射源可以是装置的整体形成部分，例如，当辐射源为汞灯时。辐射源SO和照明器IL，如果需要，与光束输送系统一起称为辐射系统。
照明器IL可以包括调整装置AM，用来调节光束角度强度分布。一般地，至少位于照明器的射光孔平面的强度分布的外和/或内辐射范围(通常分别称作σ-外和σ-内)可以调节。另外，照明器IL一般还包括其它各种部件，如积分器IN和聚光器CO。照明器提供了经调节的辐射光束，称为投影光束PB，其断面具有所要求的均匀度和强度分布。
投影光束PB入射固定在掩模台MT上的掩模MA。穿过掩模MA之后，投影光束PB穿过透镜PL，透镜PL将光束PB聚焦到基片W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感装置IF(如干涉仪)，基片台WT可以精确地移动，比如可以将不同的目标部分C置于光束PB的路径中。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感装置(未在图1中公开显示)可以相对光束PB的路径精确定位掩模MA，比如从掩模库中机器检索掩模MA之后，或是在扫描过程中。一般地，载物台MT和WT的移动可以通过长行程模块(粗定位)和短行程模块(精确定位)来实现，模块构成部分的定位装置PM和PW。然而，对于步进曝光机(不同于扫描器)，掩模台MT可以只与短行程致动器相连，或者是固定的。掩模MA和基片W可通过掩模对准标记M1，M2和基片对准标记P1，P2对准。
所示装置适用下面的优选模式：
在步进模式中，掩模台MT和基片台WT基本上保持不动，而施加到投影光束的整个图案一次投影(单次静态曝光)到目标部分C。然后基片台WT沿x和/或y方向移动，使得不同的目标部分C可以进行曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
在扫描模式中，掩模台MT和基片台WT同步扫描，而施加到投影光束的图案投影到目标部分C(单次动态曝光)。相对掩模台MT的基片台WT的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)和图象反转特征来决定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光的目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(沿扫描方向)。
在另一种模式中，掩模台MT基本静止地保持可编程的图案结构，基片台WT移动或扫描，施加到投影光束的图案投射到目标部分C。在这个模式中，通常使用脉冲辐射源，可编程的图案结构按照要求在基片台WT每次移动后更新，或在扫描期间在连续辐射脉冲之间更新。这种操作模式可容易地应用于使用可编程的图案结构，如上面提到类型的可编程的反射镜阵列，的无掩模的光刻装置。
也可以使用上面介绍模式的组合和/或变化，或完全不同的模式。
光刻装置还包括前后侧对准光学系统20，如图3a所示。前后侧对准光学系统包括反射镜21，22，设置成与基片的表面成45度角，沿前后侧对准光学系统引导辐射光束。前后侧对准光学系统20还包括光学元件23，24，在这个示例中是透镜，具有组合的反射效果。但是，任何能够聚焦和投影基片标记P1和具有反射功能的光学元件都可以使用。
前后侧对准光学系统20还包括棱镜25。如图3b所示，对准光束以大约45度的角度进入棱镜。对准光束然后从另一表面反射，以大约45度的角度从棱镜25传输出。如图3b所示，从表面反射的对准光束正交于基片台，基本平行于对准光束的传播方向。因此，棱镜25具有反射作用，图象27的平移复制在基片W的附近形成。而且，其他具有反射作用的光学元件也可使用，但发现棱镜是最适合的。
基片W设有镜面对称的标记26。基片W初始定位时基片标记26位于前侧，即面对投影系统PL。使用对准装置28来检测基片W的确切位置(出于测量误差范围内)，然后对基片W的前侧曝光，然后将基片W翻转，使得基片标记26位于前后侧对准光学系统的物体窗口。基片标记26的图案通过前后侧对准光学系统投射到前后侧对准光学系统的图象窗口。对准系统28检测基片标记26的图象。当知道图象到物体的向量，就知道了基片标记的位置，对基片的另一侧(即基片的前侧面，现在面对投影系统PL)曝光。通过这样的方式，曝光于基片W的一侧的功能特征可精确地对准基片另一侧的功能特征。
在上面的特定实施例中，当基片标记位于基片的前侧和后侧时，同一对准系统28用来检测同一基片标记的位置。但是，当基片标记26位于基片的前侧和后侧时，如果基片标记26不具有镜面对称，对准系统28不能够检测基片标记26，因为在前后侧对准光学系统20的图象窗口显示的基片标记26的图象是位于基片前侧的基片标记的镜面图象(镜面对称来自翻转的基片)。
可设置从第一基片标记26移动已知位移的第二基片标记。第二基片标记是第一基片标记的镜像。因此当对准基片的前侧时使用一个基片标记，当对准基片的后侧时使用另一个。或者，两个对准使用不同的对准系统，或同一对准系统但使用不同的标线进行两个对准。但是，这些解决方案很麻烦，并可能带来另外的误差。
尽管本文使用的示例是单独的对准系统28，对准系统可以是透镜型的对准系统，因此包括部分投影系统PL。
实施上面介绍的实施例可使得对准精度不再依赖于光轴的精度。本发明的实施例还改进了基片的处理量，即避免了对准基片台和包括基准标记的标线来确定光轴的确切位置。标线可简单地对准基片。但是，可能希望或需要知道光学系统的大概位置，该光学系统用于投影平移图象，以实现校正系数。
术语“平移复制”不是用来表示基片标记的图象具有与基片标记相同的尺寸，因为图象会发生放大或缩小。术语平移复制应当认为是表示包括标记的空间信息(标记不同部分的相对位置)在图象中基本没有变化。了解术语平移复制的另一种方式是沿特定方向移动基片标记可使基片标记的图象沿相同方向移动。
因此平移图象未进行翻转和不是镜像。或者，图象翻转了二次，(或任何复数次)，使得最后得到的图象不是镜像。
可实现上面介绍的实施例使得基片标记的图象的转动等于基片的转动。这种实施例的优点是可避免精确对准期间可能遇到的问题。
为了简化，平移复制图象位于基片的附近。例如，基片标记的图象最好通过前后侧对准光学系统投影基片标记的图象来提供。前后侧对准光学系统一般不具有镜像反射作用。
在某些实施例中，当基片标记位于基片后侧时，基片标记图象是基片标记的平移复制，当基片设置成基片标记位于基片前侧时，是基片标记的镜像。对准系统还可以不必既对准标记又对准标记的镜像。基片上可设置第二基片标记，其是第一基片标记的镜像。第一基片标记和第二基片标记之间具有已知的位移。当基片设置成基片标记位于前侧时，第二基片标记可用来检测基片的位置；当基片设置成基片标记位于后侧时，第一基片标记可用来检测基片的位置。可能希望将第一基片标记和第二基片标记设置在基片的同一侧。可选择或额外地，第一基片可设置成镜面对称，这样，可在基片标记位于基片的前侧或后侧时都可进行检测。
希望光学系统投影平移复制图象到基片的附近。光刻装置最好包括可利用辐射对准光束检测基准标记和基片标记平移复制图象之间对准程度的对准系统。
另一个实施例，其与上面介绍的实施例相同，除了下面介绍的和如图4显示的部分外。图4显示的机构不形成基片标记26的图象，而是依靠具有足够聚焦深度的对准系统28，通过光学系统31来检测基片标记。光学系统31包括反射镜21，22，其对应于上面介绍实施例中的反射镜，和玻璃杆32，其上设有带有银的顶表面33。在这个示例中，玻璃杆的截面是矩形的。
由于在本实施例中没有透镜，光学系统不会造成围绕Y轴的反射。但是，反射镜21，22可造成围绕X轴反射。反射通过玻璃杆32的涂银的顶表面33反向，顶表面用作额外的反射面。这样使得对准系统可以不变的位置检测基片标记26。换句话，光学系统31的纯反射作用为零。
应当理解，不必设置带有涂银的顶表面的玻璃杆32，可使用玻璃杆32和其周围之间的边界的全部内反射。在一种可选择的结构中，玻璃杆32可用适当设置的反射镜(未显示)来代替。
光学系统可包括反射棱镜，带有平行于对准光束的整体方向和正交于基片台的反射表面。在一个实施例中，反射棱镜设置到传统的前后侧对准光学系统。因此反射棱镜通常与反射成像系统结合。在另一实施例中，额外的反射镜引入光学系统中。反射镜最好平行于基片台。这样的结构可用于结合无反射镜成像系统。
在另一实施例中，设置了另外的前后侧对准光学系统分支，其正交于第一前后侧对准光学系统分支，如图5所示。在这个实施例中，传统的前后侧对准光学系统可使用，但没有上面实施例介绍的额外的棱镜25或反射镜32。前后侧对准光学系统45，带有沿Y向的纵轴，可给出沿Y向的基片位置的精确测量，但在X向上具有误差，由于光轴位置的不准确。前后侧对准光学系统40，具有沿X向的纵轴，可给出沿X向的基片位置的精确测量，但在Y向上具有误差。通过结合沿X向的精确位置和沿Y向的精确位置，可计算出基片的精确位置。
尽管图5显示的示例具有4个前后侧对准光学系统分支，在某些应用场合，提供较少的分支已足够(如两个，一个具有沿X向的纵轴，一个有沿Y向的纵轴)。
尽管上面已经介绍了特定的实施例，应当理解，本发明可用上述方式外的方式来实施。此外，实施例还包括计算程序(如一个或多个或连续的指令)来控制光刻装置进行上面介绍的方法，和储存了一个或多个机器可读的这种程序的储存介质(如软盘，半导体存储器)。本说明不能用于限制本发明。

Claims (23)

1.一种对准方法，包括：
设置基片到第一位置，使所述基片的标记位于所述基片后侧；
所述基片位于所述第一位置时，形成所述基片标记的图象；和
利用对准光束检测基准标记和所述图象之间对准程度；
其中所述图象是所述基准标记的平移复制。
2.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述图象位于所述基片的附近。
3.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述形成图象的方法包括通过前后侧对准光学系统投影图象。
4.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述基片包括第二基片标记，所述第二标记是所述第一标记的镜像。
5.根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于，所述第二基片标记和所述第一基片标记位于所述基片的同一侧。
6.根据权利要求4所述的对准方法，其特征在于，所述方法包括设置所述基片于第二位置，使得所述第二基片标记位于所述基片的前侧，当基片处于所述第二位置时，利用所述第二基片标记对准所述基片。
7.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述基片标记是镜像对称的。
8.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，当处于第一位置时，辐射敏感层位于所述基片的相对所述后侧的侧面。
9.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述平移复制不是翻转。
10.根据权利要求1所述的对准方法，其特征在于，所述基准标记设置在标线上。
11.一种器件制造方法，包括：
设置基片于第一位置，使得基片上的标记位于所述基片后侧；
当所述基片位于第一位置时，形成所述基片标记的图象；
用对准光束检测基准标记和所述图象之间的对准；和
检测后，利用图案结构使得辐射光束截面上带有图案，将带有图案的光束投影到所述基片的目标部分；
其中，所述图象是所述基片标记的平移复制。
12.一种对准工具，包括：
基片台，设置成可保持带有基片标记的基片；
对准系统，设置成，当所述基片标记位于所述基片后侧时，利用辐射对准光束检测基准标记和所述基片标记的图象之间的对准程度；和
光学系统，设置成可投影设置在所述基片后侧的所述基片标记的平移复制，以形成所述图象。
13.根据权利要求12所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统设置成可投影所述平移复制图象到所述基片的附近。
14.根据权利要求12所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统包括反射棱镜。
15.根据权利要求14所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统包括反射成像系统。
16.根据权利要求12所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统包括反射镜。
17.根据权利要求16所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统包括非反射成像系统。
18.一种光刻装置，包括：
照明系统，设置成可提供辐射光束；
支撑结构，设置成可支撑图案结构，所述图案结构用于使辐射光束的截面带有图案；
基片台，设置成可保持带有基片标记的基片；
投影系统，设置成可投影带图案的光束到所述基片目标部分；
光学系统，设置成，当所述基片标记设置到所述基片后侧时，可投影所述基片标记的平移复制。
19.根据权利要求18所述的光刻装置，其特征在于，所述装置包括对准系统，设置成可利用辐射对准光束检测基准标记和所述基片标记的平移复制之间的对准。
20.一种对准工具，包括：
基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；
对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片的后侧时，可利用辐射对准光束检测基准标记和基片标记之间的对准；和
光学系统，设置成允许所述对准系统和所述基片标记之间光连通；
其中，所述对准系统接收的所述基片标记的图象与所述基片标记具有基本上相同的位置。
21.根据权利要求20所述的对准工具，其特征在于，所述光学系统具有基本为零的纯反射作用。
22.根据权利要求20所述的对准工具，其特征在于，所述基片台设置成可在后侧支撑所述基片。
23.一种对准工具，包括：
基片台，设置成可保持具有基片标记的基片；
对准系统，设置成当所述基片标记位于所述基片的后侧时，可利用辐射对准光束，检测基准标记和所述基片标记的图象之间的对准；和
光学系统，设置成可投影设置在所述基片后侧的所述基片标记以形成所述图象，所述光学系统具有零的纯反射作用，使得所述对准系统可以相对所述基片标记不变的位置检测所述基片标记的图象。
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