CN1920670A - 潜像叠对量测方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于改善的潜像叠对量测的装置和方法。在一个实施例中，采用散射计和过度曝光的叠对目标物来得到更稳健的重叠性测量。叠对量测和曝光可并行地进行。

Description

潜像叠对量测方法
技术领域
本发明涉及用于测量衬底的对准和重叠的量测方法的应用，更具体地涉及其在光刻装置中的应用。
背景技术
光刻装置是可在衬底的一部分上施加所需图案的机器。光刻装置例如可用于集成电路(IC)、平板显示器和其它涉及精细结构的器件的制造中。在传统的光刻装置中，可采用也称为掩模或分划板的图案形成装置来产生对应于IC(或其它器件)的单个层的图案，该图案可成像到衬底(如硅晶片或玻璃板)上的具有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的部分(例如部分地包括一个或多个管心)上。除掩模外，图案形成装置还可包括用来产生图案的可单独控制的元件的阵列。
通常来说，单个衬底包含被连续曝光的相邻部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将整个图案一次性地曝光在该部分上来照射各个部分，还包括所谓的扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)由投影光束来扫描图案并沿平行于或反向平行于此方向的方向同步地扫描衬底来照射各个部分。
这些部分均可被曝光若干次以形成完整的图案。这些连续层应当对准，以便最大限度地减小该完整图案中的误差。为了确定对准中的误差程度，例如可利用叠对量测(即叠对目标物的叠对量测)来测量一层相对于另一层的重叠性。这种方法包含有散射计，其可测量从目标物中散射出来的辐射，并将其与库存数据进行比较以确定是否存在重叠误差。
发明内容
因此，例如提供一种用于量测的改进装置和方法将会是有利的。
根据本发明的一个方面，提供了一种光刻装置，包括：
构造成可调节辐射光束的照明系统；
构造成可固定图案形成装置的支撑，该图案形成装置构造成可为光束的横截面施加一定的图案；
构造成可固定衬底的衬底台；
构造成可将图案化光束投射到衬底的一部分上的投影系统；和
曝光单元，其包括额外的图案形成装置并构造成可将目标物印制在衬底上。
该目标物可用于对准和叠对量测应用。通过使用构造成可将目标物印制在衬底上的曝光单元，目标物就不再需要存在于图案中，并且不需要被印制在衬底上所露出的每一部分上，这便节约了划片线空间并提供了更大的灵活性。在一个实施例中，用比正常曝光剂量更高的曝光剂量来曝光的目标物能够使测量潜像的重叠更加容易。潜像可通过使用辐射且无化学显影剂来产生。潜像很难在抗蚀剂层中检测出来，然而通过使用高曝光剂量/能量，就可以更好地对其进行检测。
根据本发明的另一方面，提供了一种测量衬底上的抗蚀剂层相对于工艺层的潜像重叠性的方法，包括：
相对于一定的基准来测量衬底的位置；
根据衬底的测得位置利用具有高曝光剂量的辐射光束来对抗蚀剂层中的目标物进行曝光；和
在被曝光的目标物处测量抗蚀剂层相对于工艺层的重叠性。
当与先前已曝光的工艺层(工艺层是先前已经曝光且经处理的抗蚀剂层)上方的抗蚀剂层对准时，目标物使得能更容易地进行叠对量测。由于在叠对目标物的产生期间并不对管心进行曝光，因此可以使用较大的曝光能量，这将增大叠对目标物的潜像。另外，使用划片线中的目标物具有可能避免在衬底之外的区域进行测量的优点，否则在进行从外部目标物到衬底本身的插补式测量时会带来产生误差的其它可能性。
叠对目标物的过度曝光还提供了更强的潜像对比度。例如，由于抗蚀剂的化学性质，由正常曝光剂量所产生的叠对目标物的潜像对比度有时会太弱，使得无法对193纳米的抗蚀剂进行有意义的测量。这是因为在正常曝光剂量下在抗蚀剂内所发生的变化太小，使得无法引发可测到的折射率变化，导致对比度太弱。因此，过度曝光的目标物的潜像对潜像叠对量测来说更加有效。
另外，在一个实施例中，可在前馈系统中(即在产品层曝光之前)进行工艺校正，以便使产量很少或没有下降。因此这就提供了一项优点，即测量级(位置)处的衬底上的测量结果可用于校正衬底在此处被随后曝光的曝光级(位置)处的偏差。如果能够基于来自衬底n而非衬底n-1的测量来校正衬底n的话，这将会有效得多。
划片线的局部曝光可允许精密的对准，并且可以仅在一些区域内捕获待印制的目标物，这便节约了划片线空间。它还允许针对可编程的对准目标物来优化工艺，不需要为新的对准目标物提供新的产品掩模(当采用带有对准目标物的产品掩模来对准衬底时就需要这样做，这是因为整个掩模将必须被更换以便仅是更换对准目标物)。通过用相移光栅来印制光栅，就可以进行聚焦监控。
这里所用的用语“可单独控制元件的阵列”或“图案形成装置”应被广义地解释为能够用来使入射辐射光束具有图案化横截面、使得可在衬底的一部分中形成所需图案的任意装置；用语“光阀”和“空间光调制器(SLM)”也可用于此上下文中。这种图案形成装置的例子包括：
-可编程的镜阵列。它包括具有粘弹性控制层和反射面的矩阵寻址表面。此装置的基本原理是，(例如)反射面的可寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。采用合适的空间滤光器可从反射光束中过滤出非衍射光，只留下衍射光到达衬底处；这样，光束根据矩阵寻址表面的寻址图案来形成图案。可以理解，作为一种备选，滤光器可以过滤出衍射光，只留下非衍射光到达衬底处。也可以类似的方式使用衍射性光学MEMS器件的阵列。各个衍射性光学MEMS器件包括多个反射带，它们能够相互之间变形，以形成能够将入射光反射成衍射光的光栅。可编程的镜阵列的另一备选实施例采用微型镜的矩阵设置，通过施加合适的局部电场或通过采用压电致动装置可使各微型镜围绕某一轴线分别地倾斜。同样，这些镜子是矩阵寻址的，使得寻址镜将以不同于非寻址镜的方向反射所入射的辐射光束；这样，反射光束根据矩阵寻址镜的寻址图案而形成图案。可利用合适的电子装置来进行所需的矩阵寻址。在上述情况中，可单独控制元件的阵列可包括一个或多个可编程的镜阵列。
应当理解，例如在使用预偏压的特征、光学邻近性校正特征、相变特征和多次曝光技术时，在可单独控制元件的阵列上“显示出”的图案可能会与最终转印到衬底或其一层上的图案有很大的不同。类似的，最终产生于衬底上的完整图案可能不会对应于在可单独控制元件的阵列上在任意瞬时所形成的图案。在形成于衬底各部分上的最终图案是在给定时间或给定曝光次数的期间来构建的装置中存在这种情况，其中在该给定时间或给定曝光次数的期间，在可单独控制元件的阵列上的图案和/或衬底的相对位置会产生变化。
虽然在本文中具体地参考了光刻装置在IC制造中的使用，然而应当理解，这里所介绍的光刻装置还可具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、薄膜磁头等的制造。本领域的技术人员可以理解，在这种替代性应用的上下文中，用语“晶片”或“管心”在这里的任何使用分别被视为与更通用的用语“衬底”或“部分”具有相同的含义。这里所指的衬底可在曝光前或曝光后例如在轨道(一种通常在衬底上施加抗蚀剂层并对曝光过的抗蚀剂层进行显影的工具)或量测和/或检查工具中进行加工。在适当之处，本公开可应用于这些和其它的衬底加工工具中。另外，衬底可被不止一次地加工，例如以形成多层IC，因此，这里所用的用语“衬底”也可指已经包含有多层已加工层的衬底。
这里所用的用语“辐射”和“光束”用于包括所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如波长为408，355，365，248，193，157或126纳米)和远紫外线(EUV)辐射(例如具有5-20纳米范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
这里所用的用语“投影系统”应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射式光学系统、反射式光学系统以及反射折射式光学系统，这例如应根据所用的曝光辐射或者其它因素如使用浸液或使用真空的情况来适当地确定。用语“投影透镜”在本文中的任何使用均应被视为与更通用的用语“投影系统”具有相同的含义。
照明系统还可包括各种类型的光学部件，包括用于对辐射投影光束进行引导、成形和控制的折射、反射和反射折射光学部件，这些部件在下文中统称或单独地称为“透镜”。
光刻装置可以是具有两个(双级)或多个衬底台的那种类型。在这种“多级”式机器中，附加的台可以并联地使用，或者可在一个或多个台上进行预备步骤而将一个或多个其它的台用于曝光。例如，一个衬底台可处于检测衬底轮廓的测量位置，而另一个衬底台可处于对衬底进行曝光的曝光位置。
光刻装置也可以是其中衬底浸入到具有相对较高折射率的液体如水中以便填充投影系统的最后元件与衬底之间的空间的那种类型。浸液也可以施加到光刻装置中的其它空间内，例如可单独控制元件的阵列与投影系统的第一元件之间。浸没技术在用于增大投影系统的数值孔径的领域中是众所周知的。
附图说明
下面将仅通过示例的方式并参考示意性附图来介绍本发明的实施例，在附图中对应的标号表示对应的部分，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的光刻装置；
图2显示了根据本发明一个实施例的散射计的小场曝光支路；
图3a-d显示了根据本发明方法的一个实施例的方法步骤；
图4显示了根据本发明一个实施例的作为高能量曝光单元的曝光剂量的函数的潜像中的抗蚀剂层厚度的变化；
图5显示了根据本发明一个实施例的作为高能量曝光单元的曝光剂量的函数的潜像中的抗蚀剂折射率的变化；
图6显示了根据本发明一个实施例的作为高能量曝光单元的曝光剂量的函数的潜像中的吸收系数的变化；
图7显示了在潜像的热处理之后根据本发明一个实施例的作为高能量曝光单元的曝光剂量的函数的潜像中的吸收系数的变化；
图8显示了根据本发明另一实施例的散射计的小场曝光支路和散射计的测量支路；和
图9显示了根据本发明另一实施例的多个透射图像传感器目标物的定位。
具体实施方式
图1示意性地显示了根据本发明的一个特定实施例的光刻投影装置。该装置包括：
-构造成可调节辐射光束PB(例如UV辐射)的照明系统(照明器)IL；
-构造成可固定图案形成装置的支撑结构。在一个实施例中，图案形成装置包括构造成可向光束施加图案的可单独控制元件PPM的阵列(例如可编程的镜阵列)；通常来说，可单独控制元件的阵列的位置相对于投影系统PL来说是固定的；然而，它也可与定位装置相连，该定位装置构造成可相对于投影系统PL来精确地定位可单独控制元件的阵列；
-构造成可固定衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W的衬底台(例如晶片台)WT，其与构造成可相对于投影系统PL来精确地定位衬底的定位装置PW相连；和
-构造成可将由可单独控制元件PPM的阵列施加给光束PB的图案成像在衬底W的部分C(例如包括一个或多个管心)上的投影系统(“投影透镜”)PL；该投影系统可将可单独控制元件的阵列成像在衬底上；或者，该投影系统可以成像辅助源，在这种情况下，可单独控制元件的阵列中的元件用作光闸；该投影系统还可包括聚焦元件的阵列，例如微透镜阵列(称为MLA)或菲涅耳透镜阵列，以便形成辅助源并将微斑点成像在衬底上。
如这里所述，此装置为是反射型(即具有可单独控制元件的反射阵列)。然而一般来说，它也可以是透射型(即具有可单独控制元件的透射阵列)。
照明器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是单独的实体，例如在辐射源为准分子激光器时。在这种情况下，辐射源不应被视为形成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束传送系统BD从源SO传递到照明器IL中，该光束传送系统BD例如包括适当的导向镜和/或光束扩展器。在其它情况下，该源可以是光刻装置的一个整体部分，例如在该源为水银灯时。源SO和照明器IL及光束传送系统BD(如果有的话)一起可称为辐射系统。
照明器IL可包括调节装置AD，其用于调节辐射光束的角强度分布。通常来说，至少可以调节照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照明器IL通常包括各种其它的器件，例如积分器IN和聚光器CO。照明器可提供经调节的辐射光束，这种光束在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布，称为光束PB。
投影光束PB随后入射在可单独控制元件PPM的阵列上。在被可单独控制元件PPM的阵列反射后，光束PB穿过投影系统PL，其将光束PB聚焦在衬底W的部分C上。借助于定位装置PW(以及干涉测量器件IF)，衬底台WT可精确地移动，以便例如将不同的部分C定位在光束PB的路径中。在使用中，可利用用于可单独控制元件的阵列的定位装置来精确地校正例如在扫描期间可单独控制元件PPM的阵列相对于光束PB的路径的位置。衬底W可采用衬底对准标记(目标物)P1，P2来对准。虽然衬底对准标记显示为占据了专用部分，然而它们可位于这些部分之间的空间内(它们称为划片线对准标记)。通常来说，衬底台WT的运动可借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现，它们在图1中未明确示出。可采用类似系统来定位可单独控制元件的阵列。可以理解，作为替代或附加，光束PB可以运动，同时衬底台和/或可单独控制元件的阵列可具有固定的位置，以便提供所需的相对运动。作为尤其适用于平板显示器制造的另一备选，衬底台WT和投影系统PL的位置可以固定，而衬底设置成可相对于衬底台运动。例如，衬底台WT可设有用于在大致恒定的速度下扫描衬底的系统。
虽然根据本发明一个实施例的光刻装置在这里描述为用于曝光衬底上的抗蚀剂，然而可以理解，本发明并不限于这种应用，该装置还可用来在无抗蚀剂式光刻中投射图案化的投影光束。
所述装置可用于四种优选模式中：
1.步进模式：可单独控制元件的阵列对投影光束施加整个图案，投影光束被一次性投射到部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动衬底台WT，使得不同的部分C被曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中所成像的部分C的大小。
2.扫描模式：可单独控制元件的阵列以速度v沿给定方向(所谓的“扫描方向”)运动，因此光束PB扫描过可单独控制元件的阵列；同时，衬底台WT以速度V＝Mv沿相同或相反的方向同步地运动，其中M是投影系统PL的放大率。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中的部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度限制了该部分的高度(扫描方向上)。
3.脉冲模式：可单独控制元件的阵列基本上保持静止，而整个图案采用脉冲辐射源来投射到衬底的部分C上。衬底台WT以大致恒定的速度运动，使得光束PB扫描横穿过衬底W的线。可单独控制元件的阵列上的图案根据需要在辐射系统的脉冲之间被更新，脉冲被定时成使得连续部分C在衬底上的所需位置处曝光。因此，光束PB扫描过衬底W，为衬底的一个条状部分曝光该完整图案。该过程重复进行，直到一条线一条线地曝光了整个衬底。
4.连续扫描模式：其与脉冲模式大致相同，不同之处是采用了大致恒定的辐射源，可单独控制元件的阵列上的图案随着光束PB扫描过衬底并曝光衬底而被更新。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变型，或者采用完全不同的使用模式。
“双级”系统包括两个单独的级，它们都包括两个单独的衬底以提高产量。第一级是测量级，在此处测量衬底和抗蚀剂层的一种或多种特性(例如对准)，使得当衬底传送到第二级即曝光级时，抗蚀剂层基于第一级处的测量来进行曝光，同时第二衬底进入测量级，以此类推。
为了校验抗蚀剂层与工艺层的对准，在划片线中印制出潜像过度曝光的叠对目标物。这通过例如测量级处的高能量微型曝光单元来完成，该单元与用来测量重叠性的散射计和对准测量工具相关联。因此就可以使用更大对比度的更少目标物。大曝光能量可以保证有足够的信号对比度，和/或微型曝光单元可允许仅印制一些目标物，这便导致了划片线空间的节省。
图2显示了角度分辨式散射计10的高数值孔径透镜，其用于测量源于衬底20的分散辐射，以便确定衬底表面的参数如重叠性。关于适用于本发明实施例的散射计的更多信息可见于美国专利申请No.10/918742，其通过引用整体地结合于本文中。虽然图2显示了角度分辨式散射计，然而也可以使用分光式散射计。散射计10增设在小场曝光支路(“微型曝光单元”或高能量曝光单元)中，其包括图案形成装置4和窄带镜6。在一个实施例中，微型曝光单元可包括UV辐射源2。UV辐射源2可与源SO不同，或者可以为源SO。在采用源SO来提供UV辐射给照明系统和微型曝光单元时，可设置光纤来将UV辐射从照明系统IL或源SO传送给微型曝光单元。可设置控制机构来指示源SO提供高剂量，并经由光纤将高剂量辐射引导到微型曝光单元中。可提供适当的软件来控制高剂量辐射到微型曝光单元中的引导，以便对光刻装置的产量没有影响或影响很小(例如在作为曝光操作的一部分的衬底步进的期间内引导高剂量辐射到微型曝光单元中)。可以理解，微型曝光单元可以不同地来构造，包括可以使用投影系统PL。然而，在一个实施例中，可以仅提供专用曝光单元来在衬底上印制目标物。
图2显示了角度分辨式散射计的高数值孔径透镜还可用来成像划片线中的小目标物。在一个实施例中，目标物具有小于1平方毫米的尺寸。在一个实施例中，目标物具有小于2500平方微米的尺寸，并且曝光在衬底的划片线上。图案形成装置4可以是具有能够形成叠对目标物的图案的掩模，或者是可为照明光束施加图案以形成叠对目标物的SLM。在一个实施例中，图案形成装置4可以固定在可动级上并且利用该可动级来运动。叠对目标物可利用扫描、步进或其它曝光技术来曝光。正是该微型曝光单元产生了如图3a-3d所述步骤以及下文中所描述的叠对目标物。
为了确定微型曝光单元应当在何处曝光叠对目标物，采用对准工具来将衬底上的一个或多个先前对准目标物与基准进行比较，并且采用该一个或多个先前对准目标物的测量来建立应在何处曝光叠对目标物以使其与先前目标物对准。对准工具如下所述。
除了衬底台WT上的衬底20以外，衬底台WT还包括一个或多个透射图像传感器TIS，其可用于确定投影系统下方或微型曝光单元中的投射图像(例如对准目标物)的横向位置和最佳聚焦位置(即水平和垂直的位置)。透射图像传感器TIS插入到与衬底台WT相关的物理基准面中。在一个实施例中，在安装于衬底台WT的衬底支承面上的基准板上安装了两个传感器，它们位于被衬底20所覆盖的区域之外的对角线式相对的位置处。各基准板由具有非常低热膨胀系数的高稳定性材料、例如低热膨胀性的石英制成，并具有平坦的反射上表面，它可携带有一个或多个在对准工艺中与另一基准板一起使用的标记。
TIS用于直接确定投影系统或微型曝光单元的例如对准目标物的空间像的垂直(以及水平)位置。TIS对准系统的优点包括稳健性和速度，这是因为它是直接测量技术，不涉及到抗蚀剂的曝光。在一个实施例中，TIS包括具有一个或多个开口的表面，紧接于该表面之后设有对曝光工艺所用的辐射较敏感的光电探测器。为了确定焦平面的位置，投影系统在空间中投射设于掩模MA(或掩模台基准板)上的图案的图像，或者投射由SLM所提供并具有形成鲜明对比度的亮区和暗区的图像。衬底台WT然后水平地(沿一个或两个方向，例如X和/或Y方向)和垂直地扫描，使得TIS的开口穿过预期设有空间像的空间。这称为“蓝色对准(blue align)”阶段。当TIS开口穿过光束和图案图像的暗区时，光电探测器的输出将产生波动(称为莫阿效应)。光电探测器输出幅度的变化率最大处的垂直高度表示了图案图像具有最大对比度处的高度，因此表示了最佳聚焦平面。在水平扫描期间光电探测器输出幅度的变化率最大处的TIS开口的X，Y位置表示了空间像的横向位置。然后将空间像与随后的抗蚀剂层进行比较，以便确定在何处曝光其它的对准目标物。
如下面将介绍的那样，对准传感器32测量衬底20上的多个对准目标物相对于透射图像传感器TIS的板上的对准目标物的对准。TIS对准目标物仅用于“蓝色对准”阶段中。如上所述，“蓝色对准”阶段发生在曝光之前相对于TIS来测量对准目标物的空间像的位置时。在划片线中的叠对目标物的过度曝光期间，TIS对准目标物被叶片覆盖，以便避免将TIS目标物印制在衬底上。它的主要优点在于，可以利用现有的TIS传感器来进行潜像叠对量测。叠对目标物本身并不用来执行“蓝色对准”；在该步骤中需要有位于叠对目标物一旁的另一TIS传感器。
图9显示了TIS目标物TIS(a)-(d)如何围绕着对准目标物W。这种对称结构保证了总是可以校正放大误差。如果使用空间光调制器来代替掩模，那么TIS目标物便可被投射而非包括在掩模中。
在一个实施例中，对准传感器32是离轴式对准工具。它检测具有不同衍射级的至少三束子光束。衍射级由作为衍射标记(例如衍射光栅)的对准标记(例如TIS上的40a)所引起，其将光束分成具有不同衍射级的多束子光束。在衬底上还设有其它的对准标记40b。对准传感器32通过将目标物40a和40b对准来测量衬底相对于基准板的位置。
来看图3a到3d，所示步骤为：
i)相对于TIS基准来对准衬底；
ii)相对于TIS基准来对准叠对空间像；
iii)过度曝光抗蚀剂层中的叠对空间像，以便形成过度曝光的叠对目标物；和
iv)测量过度曝光的叠对目标物和工艺层中的下方叠对目标物之间的重叠性。
采用对准传感器32并通过其对准目标物来测量相对于TIS位置的衬底位置，使得微型曝光单元可在抗蚀剂上的正确位置处印制叠对目标物42，使得散射计30能够更有效地测量(一个叠对目标物42相对于先前叠对目标物42b的)重叠性。目标物可成像在物镜像场的中心，在这里成像实际上对横向放大率的漂移是不敏感的。
知道了TIS相对于衬底20的对准意味着，通过插补TIS相对于抗蚀剂层22的对准，就可以确定衬底20和抗蚀剂层22相互之间的对准，以便将对准目标物42定位在抗蚀剂层22上的正确位置处。划片线是衬底上的在其上不印制图案的特征部分，但它将用于对准工艺。它们可包含对准标记40。
如上所述，图3a显示了根据本发明一个实施例的叠对量测方法的第一步骤。对准传感器32测量衬底20上的多个对准目标物相对于透射图像传感器TIS的对准，测量距离a和b(它是用对准传感器测得的矢量)。这一步骤也包含有在衬底对准期间产生的工艺误差。将距离a和b与基准距离进行比较，以确定与衬底有关的距离矢量。
图3b显示了距离c的测量，这一距离是空间像50的中心与对准传感器32的“零位”(即基准光栅的中心)之间的距离。采用空间像来测量与抗蚀剂层22相关的距离矢量，以便使微型曝光单元能够在不会曝光相邻结构的前提下在抗蚀剂层上的划片线中印制潜像叠对目标物。这一步骤模拟曝光位置处的掩模对准，并消除了散射计曝光支路中的漂移。为了监测漂移，在一个实施例中，对准标记40b是相移光栅。
图3c显示了其中采用散射计曝光支路(即微型曝光单元)来过度曝光(例如为正常曝光水平的10倍)划片线中的叠对目标物42的步骤。微型曝光单元可设于衬底上方的测量位置处。可采用照明源和掩模来产生叠对目标物，在这种情况下双级系统的曝光位置处的单独级能够在不降低产量的前提下形成叠对目标物。换句话说，微型曝光单元可设置在多衬底级光刻装置的双级的测量位置处，使得包括额外图案形成装置的微型曝光单元能够曝光衬底上的叠对目标物，与此同时，投影系统将图案化光束投射到多衬底级光刻装置的曝光位置处的另一衬底上。然而，在一个实施例中，微型曝光单元和投影系统可以设在基本上相同的位置处，在这种情况下优选为微型曝光单元提供单独的源，以便有利于产量。
带有其额外图案形成装置的微型曝光单元不必具有可动掩模作为其图案形成装置。可采用照明源和空间光调制器(SLM)来产生叠对目标物。SLM提供了可编程的目标物，因此提高了目标物特征的灵活性。对于微型曝光单元所使用的SLM来说，位速率不必很高。在这种情况下，对准目标物不必印制在衬底上的每一区域中，这便节省了划片线空间。采用SLM的一项优点是可以印制可编程的目标物。因此，目标物可以更加类似于待印制在抗蚀剂中的管心上的特征，从而更好地模拟了实际抗蚀剂特性。可采用SLM来在正常曝光剂量而非较高曝光剂量下印制目标物。然后，在用散射计检测之前的曝光后焙烘期间对目标物进行显影。
目标物印制在从在前两个步骤中由对准传感器32所执行的测量中所计算出来的位置中。目标物42具有对准目标物的功能，并且可以是可编程的目标物以优化工艺，不必针对新的对准目标物而使用新的产品掩模。可以印制各种类型的对准目标物，最稳健的那种用于实际的对准。这可以降低成本，因为只需要更少的掩模，尤其是在掩模成本很高的高端应用中。
图3d显示了利用散射计30在含有目标物42的衬底层22与含有目标物40的衬底层22之间进行的潜像叠对测量。这具有更强的潜像对比度，这是因为第三步骤中进行了过度曝光，这使测量更快且更有效。潜像叠对量测可检测发生在衬底对准中的工艺误差。
图4显示了目标物42的潜像的抗蚀剂厚度如何受到微型曝光单元对其进行曝光的曝光剂量的影响。图4显示了在较大的剂量处抗蚀剂变薄。例如，如果曝光剂量大于100毫焦每平方厘米(mJ/cm2)，那么目标物42的潜像的曝光部分显示出相对于接受到小于1mJ/cm2曝光剂量的目标物42的未曝光抗蚀剂来说，其平均具有约2纳米的减小厚度。抗蚀剂厚度的这一差异可用于测量目标物42的潜像与衬底层20的目标物40之间的重叠性。
作为附加或替代，可采用折射率(n)的变化来测量重叠性。图5显示了抗蚀剂中的目标物42的潜像的折射率如何随曝光剂量而变化。
图6显示了如何利用目标物42的潜像的吸收系数来测量重叠性。已曝光和未曝光的抗蚀剂的吸收系数k显示了可用于测量重叠性的吸收差异。采用曝光后焙烘可增强这一差异。图7显示了在曝光后焙烘(PEB)之后作为曝光剂量(单位mJ/cm2)的函数的吸收系数差异。可以看到，如果潜像以约200mJ/cm2来过度曝光，之后进行焙烘，那么与基本上未曝光的抗蚀剂之间在吸收系数方面存在有超过20％的差异，这种差异可方便地用来检测重叠性。
对于曝光后焙烘来说，例如如美国专利申请No.10/875605所述，可以在光刻投影装置中使用局部曝光后焙烘站，该申请通过引用整体地结合于本文中。局部曝光后焙烘站构造成可在目标物的位置处局部地加热衬底。或者，可在轨道或光刻装置中使用常规的曝光后焙烘站。
图4-7所示的抗蚀剂设计用于193纳米的辐射，在高能量曝光单元中使用的辐射应当设计用于193纳米的波长。用语“正常”曝光剂量指在光刻装置中正常提供给投影系统下方的衬底的剂量。曝光剂量可随抗蚀剂而有很小的变化，通常来说针对193纳米抗蚀剂的“正常”曝光剂量(En)为15-30mJ/cm2，针对248纳米抗蚀剂为15-50mJ/cm2，针对365纳米抗蚀剂为50-200mJ/cm2。通常来说，这个范围中的较低剂量用于亮区掩模，而这个范围中的较高剂量用于暗区掩模。针对所用类型的抗蚀剂而言，高能量曝光单元可以提供比光刻装置的投影系统所提供的剂量更大的剂量。在一个实施例中，曝光剂量可以是在光刻装置的曝光期间所用的“正常”曝光剂量的5-100倍大。如果抗蚀剂适用于与在高能量曝光单元中使用的不同的波长，那么曝光剂量甚至可以是“正常”曝光剂量的10-150倍大。高能量曝光单元中所用的波长可以是13纳米(EUV)、157纳米、193纳米、248纳米、365纳米、545纳米或633纳米。
由于过度曝光将花费相对较大的时间量，在图8中显示了本发明的另一实施例。图8显示了并行进行的量测和曝光步骤。因此，进行这两道步骤所花的时间处于绝对最小值。曝光辐射和量测辐射具有不同的波长。可采用短波长(小于250纳米)来曝光抗蚀剂，但其不能穿透底部消反射涂层(BARC)。因此，这些波长不适用于叠对量测。更大的波长(大于300纳米)不会曝光抗蚀剂，但会穿透BARC层，这使其更适用于叠对量测。
图8显示了散射计的测量支路30和曝光支路32。两种辐射50和52单独地提供，或者作为一束多波长光束来提供，或者在二色分光镜6中组合，之后输入到高数值孔径的物镜10中并在衬底20上被反射。所反射的光谱随后经由二色分光镜再次分成其分量波长，使得可在测量支路30中测量光谱，以便确定衬底20的重叠性。并行地进行测量和曝光提供了另一优点，即作为时间的函数的测得非对称性演变给出了例如由工艺或光刻工具所引发的非对称性中的偏差的指示。因此，该信息可用来校正重叠性的最终测量。
或者，可以采用滤色镜来组合和分离曝光辐射和量测辐射。
因此，因潜像对准校正所导致的产量降低可以降低到绝对最小值。这是因为衬底台运动的次数减少了一半。可以缩短曝光时间，同时提高测量的信噪比。作为曝光时间的函数的非对称性实时测量允许对残余工艺偏差和/或光刻工具偏差的精确测量。如上所述，这可用来校正最终测量结果。
虽然在上文中已经介绍了本发明的特定实施例，然而可以理解，本发明也可以不同于上述的方式来实施。这些介绍并不限制本发明。

Claims (42)

1.一种光刻装置，包括：
构造成可调节辐射光束的照明系统；
构造成可固定图案形成装置的支撑，所述图案形成装置构造成可为光束的横截面施加一定的图案；
构造成可固定衬底的衬底台；
构造成可将图案化光束投射到所述衬底的一部分上的投影系统；和
曝光单元，其包括额外的图案形成装置并构造成可将目标物印制在所述衬底上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述投影系统以正常曝光剂量将图案化光束投射到所述衬底的一部分上，所述曝光单元是高能量曝光单元，其构造成可以高于所述正常曝光剂量的曝光剂量来在所述衬底上印制目标物。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述高能量曝光单元的曝光剂量是所述正常曝光剂量的5至150倍大。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元与散射计相关联。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述散射计是角度分辨式高数值孔径的散射计。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可曝光尺寸小于1平方毫米的目标物。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可在衬底划片线上曝光尺寸小于2500平方微米的目标物。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元包括构造成可使目标物形成图案的空间光调制器。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标物包括潜像相移光栅。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括构造成可加热衬底的曝光后焙烘站。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述曝光后焙烘站是局部曝光后焙烘站，其构造成可在所述目标物的位置处局部地加热所述衬底。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元包括辐射源。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过30毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供193纳米波长的辐射。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过100毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供193纳米波长的辐射。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过50毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供248纳米波长的辐射。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过150毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供248纳米波长的辐射。
17.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过200毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供365纳米波长的辐射。
18.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述曝光单元构造成可以超过400毫焦/平方厘米的曝光剂量来提供365纳米波长的辐射。
19.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括测量位置和曝光位置，其中所述曝光单元处于所述测量位置。
20.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括散射计，其用于利用由所述额外曝光单元印制的目标物来测量衬底的重叠性，其中所述投影系统设置成可将图案化光束投射到所述衬底的一部分上，所述散射计设置成可同步地测量所述衬底上的目标物的重叠性。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述装置包括二色分光镜，其用于对与所述投影系统和散射计相关的辐射光束的相关波长进行组合和分光。
22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述装置包括滤色镜，其用于对与所述投影系统和散射计相关的辐射光束的相关波长进行组合和分光。
23.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，所述散射计设置成可发出比所述投影系统更长波长的辐射光束。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述散射计设置成可发出能够穿过所述衬底的底部消反射涂层而不会曝光抗蚀剂层的辐射光束，所述投影系统设置成可发出能够曝光抗蚀剂层而不会穿过所述底部消反射涂层的辐射光束。
25.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述散射计设置成可发出具有至少300纳米波长的辐射光束，所述投影系统设置成可发出具有至少250纳米波长的辐射光束。
26.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个设置在所述图案形成系统上的透射图像传感器目标物。
27.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述透射图像传感器目标物对称地构造。
28.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述透射图像传感器目标物围绕着所述衬底目标物。
29.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述图案形成系统包括掩模，所述透射图像传感器目标物是所述掩模的一部分。
30.根据权利要求26所述的装置，其特征在于，所述图案形成系统包括空间光调制器，所述透射图像传感器目标物投射到所述衬底上。
31.一种测量衬底上的抗蚀剂层相对于工艺层的潜像叠对的方法，包括：
相对于一定的基准来测量衬底的位置；
根据所述衬底的测得位置，利用具有高曝光剂量的辐射光束来对所述抗蚀剂层中的目标物进行曝光；和
在被曝光的目标物处测量所述抗蚀剂层相对于工艺层的重叠性。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，采用照明源和掩模来产生目标物。
33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，采用照明源和空间光调制器来产生目标物。
34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，采用角度分辨式散射计来测量重叠性。
35.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述目标物包括潜像相移光栅。
36.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述高曝光剂量高于在光刻装置中衬底的正常曝光期间所用的曝光剂量。
37.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述辐射光束具有193纳米的波长，所述高曝光剂量超过30毫焦/平方厘米。
38.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述辐射光束具有193纳米的波长，所述高曝光剂量超过100毫焦/平方厘米。
39.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述辐射光束具有248纳米的波长，所述高曝光剂量超过50毫焦/平方厘米。
40.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述辐射光束具有248纳米的波长，所述高曝光剂量超过150毫焦/平方厘米。
41.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，基于所述重叠性测量来以前馈方式进行工艺校正。
42.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，曝光所述目标物发生在偏离于曝光位置的测量位置处，在所述曝光位置中，光刻投影装置的投影系统将图案化光束投射到所述衬底的一部分上。
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