TW201506551A - 對準感測器、微影裝置及對準方法 - Google Patents

對準感測器、微影裝置及對準方法 Download PDF

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Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Abstract

本發明揭示一種對準感測器及關聯方法，該對準感測器及該關聯方法包含：一照明源，諸如，一白光源，其具有可操作而以取決於波長之一角度來繞射高階輻射之一照明光柵；及照明光學件，其用以將該繞射輻射自至少兩個相對方向上遞送至一對準光柵上。對於入射於該對準光柵上之每一分量波長且對於每一方向，自該兩個相對方向中之一者入射的輻射之零繞射階與自另一方向入射的輻射之一高繞射階重疊。此情形用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。

Description

對準感測器、微影裝置及對準方法
本發明係關於一種對準感測器及對準方法，諸如，用於微影程序中之對準感測器及對準方法。
微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其或者被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。已知微影裝置包括：所謂步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
為了控制微影程序以將器件特徵準確地置放於基板上，通常將對準標記提供於基板上，且微影裝置包括供可準確地量測基板上之標記之位置的一或多個對準感測器。此等對準感測器有效地為位置量測 裝置。不同類型之標記及不同類型之對準感測器係自不同時間及不同製造商為吾人所知。廣泛用於當前微影裝置中的一種類型之感測器係基於如US 6961116(den Boef等人)所描述之自參考干涉計。通常，分離地量測標記以獲得X及Y位置。然而，可使用已公佈專利申請案US 2009/195768 A(Bijnen等人)所描述之技術來執行組合式X及Y量測。此等申請案兩者之內容以引用方式併入本文中。
當前對準技術包含照明對準標記及自+1及-1繞射階獲得干涉圖案，其中0階被阻擋。此有時被稱作暗場偵測。然而，對準標記之1階繞射效率傾於變得較小(此係因為對準標記對比度變得較低)，從而意謂1階信號愈來愈弱。除了此情形以外，亦存在對在較短時間內量測每一對準標記之日益增長的需要。因此，在不具有不實用的強大雷射的情況下在短時間內此等弱信號之散粒雜訊(shot-noise)有限偵測變得不可能。暗場偵測之另一限制為其偵測對準標記之不對稱變形之有限能力。比如蝕刻及化學機械拋光(CMP)之處理步驟可使標記變形，此情形導致對準偏移。可藉由量測+1階與-1階之間的強度不平衡而使此變形之偵測具有某值且可藉由量測+1階與-1階之間的強度不平衡來進行此變形之偵測。然而，在暗場偵測中，添加此等階，此情形使得沒有可能偵測不對稱性。
要提供一種能夠以高速率量測一低對比度光柵之對準感測器。亦需要以一極簡單方式偵測一光柵之不對稱變形之存在。
根據本發明之一態樣，提供一種對準感測器，其包含：至少一照明源，其包含一繞射照明結構，該繞射照明結構可操作而以取決於波長之一角度來繞射高階輻射；及照明光學件，其可操作以將該繞射照明輻射自至少一對相對方位角方向自該至少一照明源遞送至一繞射對準結構上之一點上，其中 該對準感測器可操作成使得在由該繞射對準結構對該照明輻射進行之繞射之後，且獨立於包含於該照明輻射中之該或該等波長：自每一對相對方位角方向之一第一方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之一第二方向入射的輻射之一高繞射階重疊；且自每一對相對方位角方向之該第二方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之該第一方向入射的輻射之一高繞射階重疊；藉此用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。
根據本發明之一另外態樣，提供一種對一基板執行一對準操作之方法，該基板包含至少一繞射對準結構，該方法包含：用照明輻射來照明一繞射照明結構；及自該繞射照明結構接收繞射照明輻射且將該繞射照明輻射自至少一對相對方位角方向引導至該繞射對準結構上之一點上，使得在由該繞射對準結構對該輻射進行之繞射之後，且獨立於包含於該照明輻射中之波長或若干波長：自每一對相對方位角方向之第一方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之第二方向入射的輻射之一高繞射階重疊；且自每一對相對方位角方向之該第二方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之該第一方向入射的輻射之一高繞射階重疊；藉此用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。
202‧‧‧標記
204‧‧‧輻射
206‧‧‧光柵
220‧‧‧照明源
222‧‧‧輻射光束
223‧‧‧光點鏡面
224‧‧‧接物鏡
226‧‧‧資訊攜載光束
230‧‧‧偵測器/感測器柵格
240‧‧‧強度信號
400‧‧‧光束
400'‧‧‧光束
410‧‧‧繞射光束/強0階光束
410'‧‧‧繞射光束/強0階光束
420‧‧‧繞射光束/±1階光束
420'‧‧‧繞射光束/±1階光束
500‧‧‧白光照明源/白光源
510-‧‧‧輻射/光束
510+‧‧‧輻射/光束
510'-‧‧‧輻射
510'+‧‧‧輻射
510"-‧‧‧輻射
510"+‧‧‧輻射
530‧‧‧光學放大輻射
600‧‧‧超連續光源
610‧‧‧單模式照明光纖
620‧‧‧光點鏡面
630‧‧‧偵測電子件
640‧‧‧多模式偵測光纖
650‧‧‧楔狀物
700‧‧‧參考分支
710‧‧‧自參考干涉計
720‧‧‧多模式偵測光纖
730A‧‧‧偵測電子件
730B‧‧‧偵測電子件
740‧‧‧裝置
800‧‧‧+1繞射階及-1繞射階
900‧‧‧空間光調變器(SLM)「光柵」圖案
910‧‧‧光柵線
920‧‧‧空間
930‧‧‧空間光調變器(SLM)元件
940‧‧‧光柵圖案
950‧‧‧光柵線
960‧‧‧空間
AD‧‧‧調整器
AG‧‧‧對準光柵
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統/光束截止器
BK‧‧‧烘烤板
BS‧‧‧光束分裂器
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
D+1‧‧‧偵測器
D-1‧‧‧偵測器
DE‧‧‧顯影器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IG‧‧‧照明光柵
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
L1‧‧‧透鏡
L2‧‧‧透鏡
L3‧‧‧透鏡
L4‧‧‧透鏡
L5‧‧‧透鏡
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MS‧‧‧鏡面/光闌
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
p‧‧‧間距
P1‧‧‧基板對準標記(圖1)/間距(圖9)
P2‧‧‧基板對準標記(圖1)/間距(圖9)
PBS‧‧‧偏振光束分裂器
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器/機器人
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SLM‧‧‧空間光調變器
SO‧‧‧輻射源
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板/晶圓
W1‧‧‧第一寬度
W2‧‧‧第二寬度
Wg‧‧‧楔狀物
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將參看隨附示意性圖式而僅藉由實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應元件符號指示對應部件，且在該等圖式中： - 圖1描繪根據本發明之一實施例之微影裝置；- 圖2描繪根據本發明之一實施例之微影製造單元或叢集；- 圖3描繪已知對準感測器；- 圖4描繪可操作以使用同差式偵測技術以放大高階繞射輻射之對準感測器；- 圖5描繪根據本發明之第一實施例的對準感測器；- 圖6描繪根據本發明之第二實施例的對準感測器；- 圖7描繪根據本發明之第三實施例的對準感測器；- 圖8描繪以暗模式組態操作之圖7之對準感測器；圖9描繪第一例示性柵格貼齊式SLM圖案，其近似具有不為個別SLM元件之整數倍的間距之光柵；及圖10描繪第二例示性柵格貼齊式SLM圖案，其近似具有相對於由個別SLM元件界定之柵格之非正交定向的光柵。
圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例之微影裝置。該裝置包含：
- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或EUV輻射)。
- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；- 基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例 如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構支撐(亦即，承載)圖案化器件。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般術語「圖案化器件」同義。
本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解釋為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中創製圖案之任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可能不會確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所創製之器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜，以便在不同方向上反射入射輻射光束。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素 的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置為透射類型(例如，使用透射光罩)。或者，裝置可為反射類型(例如，使用上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加於微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。本文中所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，不認為輻射源形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，例如，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部件。輻射源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈之至少外部徑向範圍及 /或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ-外部及σ-內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如，積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且藉由圖案化器件而圖案化。在橫穿光罩MA後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器(例如，干涉量測器件、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單 次靜態曝光中成像之目標部分C之大小。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。
3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使光罩台MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如，上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換該等基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且可進行各種預備步驟。預備步驟可包括使用位階感測器(圖中未繪示)來映射基板之表面控制，及使用對準感測器AS來量測基板之對準標記之位置。此情形實現裝置之產出率之實質增加。若位置感測器IF在基板台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。
如圖2所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作 叢集)之部件，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、冷卻板CH，及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統之此等器件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。
為了控制微影程序以將器件特徵準確地置放於基板上，通常將對準標記提供於基板上，且微影裝置包括供可準確地量測基板上之標記之位置的一或多個對準感測器。此等對準感測器有效地為位置量測裝置。不同類型之標記及不同類型之對準感測器係自不同時間及不同製造商為吾人所知。廣泛用於當前微影裝置中的一種類型之感測器係基於如US 6961116(den Boef等人)所描述之自參考干涉計。通常，分離地量測標記以獲得X及Y位置。然而，可使用已公佈專利申請案US 2009/195768 A(Bijnen等人)所描述之技術來執行組合式X及Y量測。此等申請案兩者之內容以引用方式併入本文中。
Jeroen Huijbregtse等人在「Overlay Performance with Advanced ATHENATM Alignment Strategies」(Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XVII，編輯者為Daniel J.Herr，Proceedings of SPIE第5038卷(2003年))描述使用商用對準感測器之進階對準技術。此等策略可延伸且商業上應用於由上文所提及之US'116及US'768描述之類型的感測器中。商用感測器之特徵在於：其在同一目標光柵或若干相同目標光柵上使用若干波長(色彩)及偏振之輻射 (光)來量測位置。無單一色彩對於在所有情形中之量測係理想的，因此，商用系統自數個信號選擇哪一者提供最可靠之位置資訊。
圖3為已知對準感測器AS之示意性方塊圖。照明源220提供一或多個波長之輻射光束222，其係由光點鏡面223通過接物鏡224而轉向至位於基板W上之標記(諸如，標記202)上。由標記202散射之輻射204係由接物鏡224拾取且被準直成資訊攜載光束226。此資訊攜載光束226係用以量測標記202相對於感測器中之參考點之部位。此參考點可為自參考干涉計中之光柵206或「中性線」。偵測器230偵測所得信號240。光點鏡面223在此時方便地充當零階光闌，使得資訊攜載光束226僅包含來自標記202之高階繞射輻射(此情形常常被稱作「暗場」量測)。來自感測器柵格230中之個別感測器之強度信號240經提供至處理單元PU，自該處理單元PU輸出針對基板上之X位置及Y位置之值。替代地，偵測器230可為單一光電二極體，且光柵206具有與成像至其上之影像相同的間距。由光柵206透射之輻射之量隨著對準光柵在X方向上被掃描而變化。
處理單元PU可與圖1所展示之控制單元LACU分離，或為了設計選擇及方便起見，處理單元PU及控制單元LACU可共用同一處理硬體。在單元PU分離的情況下，可在單元PU中執行信號處理之部分，且在單元LACU中執行信號處理之另一部分。
日益地，許多微影程序使用具有歸因於吸收層或程序分段之極低光學對比度之對準光柵。結果，光柵具有極低1階繞射效率A1、A-1。在使用當前暗場方法的情況下，經偵測信號位準等於| A 1 | 2 +| A -1 | 2 +2| A 1 ∥ A -1 |cos( φ 1 - φ -1 )，其中φ1及φ-1分別為+1階及-1階之相位。可看出，信號位準大約隨著|A1|2而縮放(取決於光柵深度)。通常使用跨阻抗放大器來偵測此信號，其中經由電阻器而發送光電流。為了達成散粒雜訊有限偵測，需要歸因於橫越回饋電阻器之小寄生電容之存在 而限制最大信號頻寬之極高回饋電阻器。
除了此情形以外，亦愈來愈需要量測更多對準光柵以便適當地俘獲晶圓變形。為了在維持產出率的同時量測晶圓上之許多對準目標，對準掃描速率需要顯著增加(快大約100倍，自目前通常使用之10毫米/秒至1公尺/秒，或更快)。此情形使對準信號頻率增加至MHz範圍。然而，此不可用散粒雜訊有限偵測所需的高回饋電阻器予以偵測。
暗場方法之另一缺陷在於：經偵測信號包含一起被干涉之+1繞射階及-1繞射階，且因此，在不具有專用裝置的情況下不可容易地獲得光柵不對稱性資訊。
圖4展示旨在處理上述問題之配置。其使用同差式偵測技術以分離地光學放大1階繞射信號中每一者。在所展示之特定配置中，存在兩個相干光束400、400'(其可自單一離軸照明源而獲得)，該兩個相干光束400、400'經由包含透鏡L1之照明光學件而遞送且聚焦至諸如對準光柵AG之繞射對準結構上。光束400、400'之入射角θ相等，但入射於相對方位角方向上，使得在光束400以方位角φ入射的情況下，光束400'以方位角φ+180°入射。出於清楚起見，對準光柵AG在此處被展示為透射的，但在真實對準應用中，將使用反射光柵。對準光柵AG之間距P及照明光束之波長λ係以其滿足如下關係予以選擇：
對於此特定照明條件，所得0階輻射及1階輻射將相干地重疊且在同一方向上傳播。結果，1階輻射係由0階輻射光學地放大。在該圖式中，光束400及其所得繞射光束410、420被展示為實線；且光束400'及其所得繞射光束410'、420'被展示為點線。使用較粗線來描繪強0階光束410、410'，且強0階光束410、410'各自具有複數振幅A 0 。使用較細線來描繪弱得多的±1階光束420、420'，且每一±1階光束 420、420'具有複數振幅A±1 。
透鏡L2及L3在偵測器D-1及D+1上產生對準光柵AG之影像。楔狀物Wg確保形成2個空間上分離之影像。偵測器D-1及D+1上之強度分別為：
此處，相位項Φ為針對x=0在0階輻射與±1階輻射之間的相位差。此相位差針對具有低光學對比度之淺相位光柵為π/2。減去兩個強度會得到：
此經偵測差信號得到隨著| A 0 ∥ A 1 |縮放而非隨著| A 1 |2縮放(如在「經典」相位光柵對準之狀況下)之對準信號。此情形得到顯著光學放大，此情形允許在高對準掃描速率下之光子有限偵測。在使用振幅光柵的情況下，I-1及I+1強度可添加在一起以得知位置。
亦有可能分離地自I-1及I+1強度來判定一位置。最終位置將接著由此等個別兩個位置之平均值給出。此方法具有對對準光柵不對稱性較不敏感之優點。又，因為分離地偵測+1階及-1階，所以偵測並量測此不對稱性係簡單的。
然而，此特定配置缺乏靈活性。在具有固定光柵間距P及入射角θ的情況下，該配置將僅針對單一波長λ而工作。目前商用感測器之特徵在於：其在同一目標光柵或若干相同目標光柵上使用若干波長(色彩)及偏振之輻射(光)來量測位置。無單一色彩對於在所有情形中之量測係理想的，因此，商用系統自數個信號選擇提供最可靠之位置資訊之一信號。
圖5展示關於圖4之配置之變化，其處理圖4之實施例之單一波長 限制，且因此，允許使用白光照明源500(或任何波長之源)。在此配置中，照明源(此處為白光源)係用以照明諸如照明光柵IG之繞射照明結構。當對準光柵AG之間距為P時，該照明光柵IG具有間距2P。該照明光柵IG以取決於入射輻射之波長之一角度來繞射該入射輻射。展示由白光組成的三個波長之輻射510、510'、510"之+1繞射階及-1繞射階(當然，此情形純粹為說明性的，且白光源500可包含更多波長之輻射)。來自照明光柵IG之0階輻射係由鏡面/光闌MS阻擋。結合光闌MS之照明光學件(諸如，透鏡L1及L2)在對準光柵AG上以等大產生照明光柵IG之暗場影像。
如同圖4之配置一樣，輻射係自(至少)兩個相對方位角方向予以施加。然而，在此狀況下，來自每一方位角方向之輻射現在包含數個不同波長之輻射，此等波長中每一者以不同入射角θ入射(其中該入射角θ為每一分量波長λ之函數)。此外，在照明光柵IG具有為對準光柵AG之間距P兩倍的間距的情況下，其可被展示為關係
針對所有波長λ得以滿足。因此，對於自對準光柵繞射之輻射530，弱1階輻射針對每一色彩相干地添加至強0階輻射。雖然描述1階輻射之光學放大，但應瞭解，任何高階可藉由此方法光學地放大。當然，可使用單一波長源，該配置工作而不管源之波長如何。
光學放大輻射530係藉由偵測器D+1、D-1偵測。在最實務應用中，此等偵測器將含有額外光學件以允許同差式信號之波長解析式偵測。
雖然在上述實例中展示來自僅僅兩個相對方位角方向之輻射，但使用總共2N個照明光束係可能的，其中N個光束具有(平均)入射角θi及方位角φi，且另外N個光束為具有(平均)入射角θi及方位角φi+180°之點鏡像式複本。以此方式，舉例而言，可量測2D週期性光柵，或 可將0階輻射與來自由對準光柵繞射之其他高階之輻射混合。
圖6展示圖5所展示之配置的更實務實施例。此處，照明光柵已用空間光調變器SLM替換以便在高速率下可程式化。此情形允許根據對準光柵AG之間距或定向之改變而改變照明光柵之間距及定向，此係因為不同間距之對準光柵可用於微影程序之不同層上。又，透鏡系統之放大率(F1/F2，其中F1為透鏡L1之焦距，且其中F2為透鏡L2之焦距)未必需要為單一的(或可為可調整的)。在此實施例中，針對所有波長在空間光調變器SLM之間距PSLM履行如下方程式的情況下獲得重疊之0階及1階：
其中PAG為對準光柵之間距。
對準光柵AG及空間光調變器SLM在此處被展示為反射的(其在大多數狀況下將如此)。又展示晶圓W；光束分裂器BS；光束截止器BD；透鏡L2；經由單模式照明光纖610及光點鏡面620而遞送至空間光調變器SLM之超連續光源600(在透鏡L1之後焦平面中)；及經由多模式偵測光纖640拾取光學放大繞射光束之偵測電子件630；用以將經放大+1繞射階及-1繞射階空間地分離之楔狀物650；及透鏡L3。當然，純粹地展示(例如)此特定配置，且可使用其他光學元件、照明源或偵測裝置。舉例而言，SLM可用包含具有不同間距之數個不同光柵之基板替換。在此配置中，藉由將適當光柵移動至其將由照明源照明之部位來執行特定間距之選擇。每一光柵之定向亦可為可變的。
由於空間光調變器SLM耗散一些能量，且存在包含於系統內之長路徑長度，故空間光調變器SLM可漂移，從而造成系統不適當地運行。此情形可藉由用可監視空間光調變器SLM之任何位移的參考分支替換光束截止器來處理。能夠監視SLM漂移之任何裝置可用於參考分 支中。
圖7展示包含參考分支700之此配置的實例。此實例中之該參考分支700包含一自參考干涉計710、偏振光束分裂器PBS、透鏡L4、L5、多模式偵測光纖720，及偵測電子件730A、730B。自參考干涉計可如專利US 6961116所描述。
自參考干涉計710係用以量測照明光束(諸如，圖5中之光束510+、510-)之間的相位差。該參考分支輸出隨著相位差變化而反相地變化之兩個信號。此相位差直接揭露位置誤差，且因此應被校正。使用多模式偵測光纖720及偵測電子件730A、730B來偵測此兩個信號。藉由減去此兩個信號，有可能量測SLM漂移(自相位變化)。
該參考分支亦可用以量測源光束中之可壓倒小1階信號之強度雜訊，從而允許自經偵測信號移除此雜訊。此係藉由添加由偵測電子件730A、730B偵測之兩個信號來進行。
另一優點在於：裝置740(包含干涉計710、透鏡L2及光束分裂器BS)具有小臨界體積。僅臨界體積之漂移貢獻於測定位置之漂移。在臨界體積外部(例如，SLM)之漂移係用該參考分支予以偵測，且因此可被校正。此情形意謂較容易將對準感測器在奈米尺度下保持穩定。
雖然上文所描述之技術相比於先前暗場技術提供許多優點，但需要與本裝置之後向相容性。圖6或圖7之裝置可經極簡單修改以允許選擇暗場對準模式。
圖8說明此模式。空間光調變器SLM經程式化(或照明光柵經變更/經選擇)使得其間距PSLM履行以下方程式：
在此狀況下，+1繞射階及-1繞射階800兩者經繞射成垂直於其干涉之對準光柵AG。干涉之1繞射階800接著可由偵測光纖640拾取且藉 由偵測電子件630予以偵測。1繞射階800之路徑中之光學件可經稍微修改以便允許光束不受阻礙地傳遞(例如，楔狀物650可在其中心具有孔隙)。
上文揭示可使用SLM來代替照明光柵以便允許根據對準光柵之間距或定向之改變來改變照明光柵之間距及定向。然而，應瞭解，SLM經空間地量化成具有有限尺寸之不可分割的柵格元件。此情形引起兩個潛在問題：
˙對準光柵可具有歸因於SLM之最大解析度而不可適當地再生之間距及/或工作循環。此情形之一實例為所要間距不為SLM之個別可切換元件之相關尺寸之整數倍的情況。另一實例為所要間距為SLM之個別可切換元件之相關尺寸之奇數整數倍的情況。
˙對準光柵可與SLM之定向不同地定向(圍繞同差式對準感測器之光軸)。舉例而言，對準光柵旋轉與SLM旋轉之間的此相對旋轉可為大約22.5度或45度。在此狀況下，所要光柵圖案可經定向成非正交於SLM柵格，且因此，每一光柵線之邊緣可呈現為鋸齒狀。
為了提供間距及相對旋轉之較大靈活性，提議柵格貼齊所要照明光柵圖案。在此配置中，光柵之諸如間距、工作循環及/或定向之任何態樣可經柵格貼齊至SLM之可用個別可切換元件(亦即，至SLM之可用個別可切換元件之所要間距及所要定向)。在此內容背景中之柵格貼齊緊密地係關於用於(例如)諸如電腦圖形及數位攝影中之應用之光學抗頻疊技術。在此等應用中，理想地應呈現為直線的邊緣可歸因於所使用之特定器件之解析度限制而呈現為鋸齒狀。抗頻疊技術藉由基本上模糊邊緣來限制此鋸齒狀外觀。
圖9展示第一例示性柵格貼齊式SLM圖案。此處所說明之SLM圖案近似具有並非個別SLM元件之偶數整數倍的間距之光柵圖案。其展示SLM「光柵」圖案900，其中每一個別圖案元件(亦即，「光柵」線 910)之寬度及每一對「光柵」線910之間的空間920之寬度沿著其長度在第一寬度W1與第二寬度W2之間交替。舉例而言，W2與W1之間的差可為單一SLM元件930之寬度。此交替針對鄰近線910成階梯狀，使得間距沿著光柵900之長度在P1與P2之間交替。藉由適當選擇寬度W1及W2以及間距P1及P2，可獲得以其他方式不可能的近似(例如)間距(或工作循環)之光柵圖案。
在所展示之特定實例中，所要間距為構成SLM之每一個別元件930之寬度的奇數整數倍(例如，7倍)。因此，為了適當地呈遞圖案，每一「光柵」線910及若干對「光柵」線910之間的每一空間920將需要具有為每一個別元件930之寬度的3.5倍之寬度。舉例而言，考慮構成SLM之個別元件930中每一者之寬度為8微米之實例。在使用此SLM的情況下，簡單的是提供具有(例如)32微米或48微米(8微米的偶數倍)之間距之光柵圖案。然而，當需要40微米或56微米(8微米之奇數倍)之間距時，解決方案並非如此直接。根據此實例，可藉由將每一「光柵」線910之寬度及每一對「光柵」線之間的空間920之寬度沿著其長度在24微米與32微米之間交替(亦即，在SLM之介於3個與4個之間的個別元件)來近似56微米之間距。相比於「光柵」線910之長度提供此交替寬度之間距p係小的，所得光柵圖案900將近似具有間距(P1+P2)/2(其在此實例中為56微米)之規則光柵圖案。此處，此交替寬度之間距p小達供SLM能夠解析之間距，且其工作循環為大約50%。當然，舉例而言提供所有此等值，且所有此等值純粹用以說明本文所揭示之SLM柵格貼齊技術之基本概念。
應瞭解，本文所揭示之柵格貼齊技術可藉由調變SLM輻射之振幅、相位及/或偏振來執行。可以黑色及白色來執行調變/貼齊(如圖9所展示)，或可使用中間值(亦即，灰色調)來執行調變/貼齊。
圖10展示此柵格貼齊概念之另外實施例，其使用中間值以便更 好地近似相對於對準光柵旋轉達22.5度且因此相對於SLM柵格而旋轉之光柵圖案940。在此實施例中，使用相似於抗頻疊技術之柵格貼齊技術以模糊每一光柵線950之線邊緣。為了進行此操作，線邊緣處之個別SLM元件可用中間值(灰色調)予以調變，該等中間值處於光柵線950之中心區域之色調與若干對光柵線950之間的空間960之中心區域之色調之間。可使用抗頻疊濾波技術來進行此操作。
應注意，SLM之個別元件之形狀未必限於矩形形狀，且亦可包含(例如)六邊形形狀。
諸如暗場技術之當前對準技術並非偏振穩固的。在奈米臨界路徑中具有可調整偏振元件之解決方案係「高風險的」。在具有小臨界體積之可能性的情況下，本文所描述之概念提供偏振靈活性之另外優點。有可能藉由將(可調整)偏振元件插入於SLM與光束分裂器之間的照明光束中來選擇照明偏振。又可將(可調整)偏振元件在偵測器前方插入於偵測路徑中。此等元件可為可調整的，此係因為其處於奈米臨界路徑之外部。
概括言之，本文所描述之技術之優點包括：
˙在高速率(1公尺/秒)下量測低對比度(晶圓品質-<0.01%)短對準光柵(48微米掃描長度)之能力，其中再生遠低於1奈米)。
˙包括針對反向相容性之暗場偵測能力。
˙任意光柵定向。間距範圍為大約0.6微米至20微米。
˙光柵不對稱性資訊已經可用於位置量測通道中，因此，無需專用不對稱性偵測硬體。
˙小臨界體積旋轉地對稱且不含有臨界光束光闌或可調整元件。
˙預期低雜散光位準且無零階洩漏效應。
儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造整合式光 學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便創製多層IC，使得本文所使用之術語「基板」亦可指已經含有多個經處理層之基板。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定創製於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
本文所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在為5奈米至20奈米之範圍內之波長)；以及粒子束(諸如，離子束或電子束)。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指代各種類型之光學組件中任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明之元件可採取如下形式：電腦程式，該電腦程式含有描述如上文所揭示之方法 的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，該資料儲存媒體具有儲存於其中之此電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
500‧‧‧白光照明源/白光源
510-‧‧‧輻射/光束
510+‧‧‧輻射/光束
510'-‧‧‧輻射
510'+‧‧‧輻射
510"-‧‧‧輻射
510"+‧‧‧輻射
530‧‧‧光學放大輻射
AG‧‧‧對準光柵
D+1‧‧‧偵測器
D-1‧‧‧偵測器
IG‧‧‧照明光柵
L1‧‧‧透鏡
L2‧‧‧透鏡
MS‧‧‧鏡面/光闌

Claims (12)

  1. 一種對準感測器，其包含：至少一照明源，其包含一繞射照明結構，該繞射照明結構可操作而以取決於波長之一角度來繞射高階輻射；及照明光學件，其可操作以將該繞射照明輻射自至少一對相對方位角方向自該至少一照明源遞送至一繞射對準結構上之一點上，其中該對準感測器可操作成使得在由該繞射對準結構對該照明輻射進行之繞射之後，且獨立於包含於該照明輻射中之該或該等波長：自每一對相對方位角方向之一第一方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之一第二方向入射的輻射之一高繞射階重疊；且自每一對相對方位角方向之該第二方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之該第一方向入射的輻射之一高繞射階重疊；藉此用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。
  2. 如請求項1之對準感測器，其中該照明源為一多波長照明源，且該對準感測器可操作以針對入射於該繞射對準結構上之每一分量波長用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。
  3. 如請求項1或2之對準感測器，其中自每一對相對方位角方向之該第一方向及該第二方向入射於該繞射對準結構上的該輻射係相干的。
  4. 如請求項1或2之對準感測器，其中自每一對相對方位角方向之該第一方向及該第二方向兩者入射於該繞射對準結構上的該輻射針對每一分量波長具有相同入射角。
  5. 如請求項1或2之對準感測器，其中該繞射照明結構包含一空間光調變器。
  6. 如請求項5之對準感測器，其中該空間光調變器可操作以調變其調變之光之振幅、相位及/或偏振。
  7. 如請求項5之對準感測器，其中該空間光調變器可操作以將一所要繞射照明結構圖案柵格貼齊至具有不可分割的柵格元件之一柵格，該等不可分割的柵格元件係由該空間光調變器之個別可切換元件界定。
  8. 如請求項7之對準感測器，其中該所要繞射照明結構圖案要求包含該照明結構圖案的一或多個個別圖案元件之寬度具有不為每一不可分割的柵格元件之相關尺寸之一整數倍的一值；且該空間光調變器可操作以藉由沿著該個別圖案結構之長度使該(該等)個別圖案元件之該寬度在為每一不可分割的柵格元件之該相關尺寸之整數倍的值之間變化來近似該(該等)個別圖案元件。
  9. 一種對一基板執行一對準操作之方法，該基板包含至少一繞射對準結構，該方法包含：用照明輻射來照明一繞射照明結構；及自該繞射照明結構接收繞射照明輻射且將該繞射照明輻射自至少一對相對方位角方向引導至該繞射對準結構上之一點上，使得在由該繞射對準結構對該輻射進行之繞射之後，且獨立於包含於該照明輻射中之波長或若干波長：自每一對相對方位角方向之第一方向入射的輻射之零繞射階與自每一對相對方位角方向之第二方向入射的輻射之一高繞射階重疊；且自每一對相對方位角方向之該第二方向入射的輻射之零繞 射階與自每一對相對方位角方向之該第一方向入射的輻射之一高繞射階重疊；藉此用該等重疊零階來光學地放大該等高繞射階。
  10. 如請求項9之方法，其中該照明輻射包含複數個分量波長，且針對入射於該繞射對準結構上之每一分量波長發生用該等重疊零階對該等高繞射階進行之該光學放大。
  11. 如請求項9或10之方法，其中自每一對相對方位角方向之第一方向及第二方向兩者入射於該繞射對準結構上的該輻射係相干的。
  12. 如請求項9或10之方法，其中該繞射照明結構包含一空間光調變器。
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