TW201734666A

TW201734666A - 微影裝置及器件製造方法

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Publication number: TW201734666A
Application number: TW106105513A
Authority: TW
Inventors: 威廉里察邦德; 瑪立諾思彼德斯瑞吉德爾思; 巴斯丁安卓亞威廉休伯特卡拿倫; 寶拉司安東尼司安德司泰尼森
Original assignee: Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-10-01
Also published as: TWI627512B; WO2017153069A1; NL2018184A

Abstract

一種位階感測器感測一半導體基板之一表面之一部分之一局域高度。該位階感測器包含一光學系統，該光學系統具有一投影光柵及一偵測器。在存在該基板時之操作使用中，該光學系統經由離開該表面之反射而將該投影光柵成像於該偵測器上。該位階感測器依靠該投影光柵在該偵測器上之該成像來感測該局域高度。該位階感測器包含用於調整由該光學系統進行之該成像之一致動器。

Description

微影裝置及器件製造方法

本發明係關於一種位階感測器及一種包含此位階感測器之微影裝置。

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)製造中。在此狀況下，圖案化器件(其被替代地稱作光罩或倍縮光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之部分、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。習知的微影裝置包括：所謂的步進器，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；及所謂的掃描器，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。在微影中，可量測基板(例如，晶圓)之平坦度且將其(例如)儲存為高度圖(height map)。高度圖可用以將基板之相關目標部分定位於適當高度處，以便規定：當將圖案投影至基板之目標部分上時，將彼目標部分定位於微影裝置之投影系統(例如，投影透鏡)之焦點範圍(聚焦深度)內。編譯高度圖亦被稱作「位階感測(level sensing)」。位階感測可由位階感測器執行。位階感測器可與微影裝置成整體或可為分離的量測配置。位階感測器可使用光學量測，其係藉助於將量測光束投影至基板上且偵測其反射。在某些偵測方案中，可在量測光束之光學路徑中使用光柵，例如，在基板上游之投影光柵及在基板下游之偵測光柵。考慮具有投影光柵、偵測光柵及偵測器之位階感測器。投影光柵以相對於(理想)表面法線之角度成像於基板表面上。影像由晶圓表面反射且重新成像於偵測光柵上。歸因於斜入射，基板之高度之變化將使投影光柵在偵測光柵上之影像遍及某一距離而移位。投影光柵之經移位影像由偵測光柵部分地透射。偵測器偵測經透射影像之強度。強度指示基板之局域高度。換言之，基板之表面之高度變化引起由偵測光柵透射之影像之變化，從而允許自偵測器信號導出高度資訊。在如可應用之量測原理中，應準確地設定投影光柵之影像之光學路徑，以便規定將投影光柵正確地成像至偵測光柵上。可在微影裝置或位階感測器之製造及/或校準期間執行投影光柵及偵測光柵相對於彼此之位置之手動校準。在此等(重新)校準期間，可應用校準光束且可手動地調整投影光柵及偵測光柵之相對位置，以便規定校準光束將投影光柵正確地投影至偵測光柵上。除了客戶現場處之位階感測器校準可增加微影程序之停工時間的事實之外，此等手動校準之準確度可受到限制：一方面，之所以可為此狀況係因為：出於安全性原因，通常使用相比於如在位階感測期間所應用之量測光束處於不同波長的光來執行校準。此外，當關閉且充分地調節微影裝置系統時，校準被執行之環境條件(例如，溫度)可不同於在操作使用中之位階感測期間之環境條件。投影光柵與偵測光柵之間的距離可相對大。(例如)校準與操作使用之間的溫差可引起光學框架(光柵安裝至光學框架)展現熱變形效應。光學框架之熱變形效應可造成光柵之相對位置在微影裝置之操作期間偏離如在校準期間所設定或調整之位置。

需要提供一種改良式位階感測器校準。本發明之一態樣係關於一種位階感測器，其經組態以感測一物件之一表面之一部分之一局域高度。該位階感測器包含一光學系統。該光學系統包含一投影光柵及一偵測器。在存在該物件時之操作使用中，該光學系統可操作以經由離開該表面之反射而將該投影光柵成像於該偵測器上。該位階感測器經組態以依靠該投影光柵在該偵測器上之該成像來感測該局域高度。該位階感測器包含用於調整由該光學系統進行之該成像之一致動器。在一實施例中，該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該投影光柵之一位置；該偵測器之一另外位置；該投影光柵之一定向；及該偵測器之一另外定向。在一另外實施例中，該光學系統包含一偵測光柵。在存在該物件時之操作使用中，該光學系統可操作以經由離開該表面之反射及經由該偵測光柵之透射而將該投影光柵成像於該偵測器上。該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該偵測光柵之一位置；及該偵測光柵之一定向。在一另外實施例中，該光學系統包含一光學組件。該光學組件包含以下各者中之至少一者：一透鏡及一鏡面。該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該光學組件之一位置；及該光學組件之一定向。在一另外實施例中，該偵測器可操作以偵測該投影光柵在該偵測器上之該成像之一屬性。該位階感測器具有一控制器件，該控制器件經組態以用於在該屬性之控制下驅動該致動器。本發明亦係關於一種微影裝置，其經組態以用於在一基板之一高度圖之控制下將一經圖案化輻射光束成像於該基板上。該微影裝置包含如上文所論述之一位階感測器。該位階感測器可操作以經由感測該基板之各別部分之各別局域高度值來編譯該高度圖。

圖1示意性地描繪根據本發明之一個實施例之微影裝置。該裝置包括：照明系統(照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如，UV輻射或任何其他合適輻射)；光罩支撐結構(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件PM。該裝置亦包括基板台(例如，晶圓台) WT或「基板支撐件」，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件PW。該裝置進一步包括投影系統(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，包括一或多個晶粒)上。照明系統可包括用於導向、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。光罩支撐結構支撐(亦即，承載)圖案化器件。光罩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。光罩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。光罩支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。光罩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「倍縮光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「圖案化器件」同義。本文中所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯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產生圖案的任何器件。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的輔助特徵，則該圖案可不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產生之器件(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，以及各種混合式光罩類型。可程式化鏡面陣列之實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯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。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。如此處所描繪，該裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，該裝置可屬於反射類型(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)或多於兩個基板台或「基板支撐件」(及/或兩個或多於兩個光罩台或「光罩支撐件」)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台或支撐件，或可對一或多個台或支撐件進行預備步驟，同時將一或多個其他台或支撐件用於曝光。微影裝置亦可屬於如下類型：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至微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術可用以增加投影系統之數值孔徑。如本文中所使用之術語「浸潤」並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，當源為準分子雷射時，源與微影裝置可為分離的實體。在此等狀況下，不認為源形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包括(例如)合適導向鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部分。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可包括經組態以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可包括各種其他組件，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入射於被固持於光罩支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係由該圖案化器件圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器件PW及位置感測器IF (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，第一定位器件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之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器件PM之部分之長衝程模組(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之部分之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT或「基板支撐件」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。儘管如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，在多於一個晶粒被提供於光罩MA上的情形中，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之至少一者中： 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或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT或「基板支撐件」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所成像之目標部分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或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」(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或「基板支撐件」相對於光罩台MT或「光罩支撐件」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或「光罩支撐件」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或「基板支撐件」。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT或「基板支撐件」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/或變化或完全不同的使用模式。圖2描繪如可應用於微影中之位階感測器的高度示意圖。位階感測器包含產生量測光束之光源LG。照明光學件IO包含(例如)透鏡或透鏡系統，其將量測光束投影至投影光柵PG上。投影光柵PG圖案化入射量測光束。經如此圖案化之量測光束DB投影—例如，使用合適投影透鏡—至高度圖將被量測之基板W上。經圖案化量測光束DB離開基板之上部表面之反射又投影—例如，使用合適的另外投影透鏡—至偵測光柵DG上。由偵測光柵透射的經反射之經圖案化量測光束之光(該光在圖2之圖解中係由FDB指示)投影至偵測器DET上。Den Boef等人之美國專利8,351,024中描述此偵測器DET之實施之實例，該美國專利係以引用之方式併入本文中。投影光柵及偵測光柵可由任何合適圖案化元件形成，該等圖案化元件為透射的(如所說明)或反射的(在另一實施例中，未說明)。位階感測器因此經由離開基板之上部表面之反射(此處經由偵測光柵)而將投影光柵成像至偵測器上。基板之表面之高度變化轉譯成投影光柵在偵測光柵上之影像之位移。該位移會影響最終入射於偵測器DET上之光。偵測器DET產生指示經接收光之偵測器輸出信號。偵測器DET (諸如光偵測器)可經組態以產生指示經接收光之強度之輸出信號。替代地，偵測器(諸如攝影機)可經組態以產生表示經接收強度之空間分佈之輸出信號。在其他實施例中，可省略偵測器光柵，且可將偵測器DET置放於在圖2中置放偵測器光柵DG所處的位置處。此組態提供投影光柵之影像之較直接偵測。返回至如圖2所描繪之實施例：圖2描繪偵測光柵DG之兩個位置：點線位置，其中偵測光柵在投影光柵之影像之聚焦平面POF中；及非點線位置，其中偵測光柵遍及散焦距離DEF而離焦。根據本發明之一態樣，位階感測器進一步包含致動器ACT，其經組態以相對於偵測光柵來定位投影光柵或反之亦然。替代地，致動器ACT經組態以相對於投影光柵及偵測光柵中之至少一者來定位偵測器DET或反之亦然。眾所周知，致動器屬於負責移動或控制機構或系統之馬達類型。圖2描繪致動器定位偵測光柵之實例。替代地，提供(圖中未繪示)定位投影光柵之致動器。作為另一實例，提供定位投影光柵之第一致動器且提供定位偵測光柵之第二致動器。一般而言，在如圖2所描繪之實施例中，致動器設定投影光柵及偵測光柵之相對位置，亦即，該等光柵相對於彼此之相對位置。替代地，致動器可(重新)定位或重新定向存在於位階感測器之投影光學件中之光學元件。此規定藉助於移動光學元件(例如，透鏡元件或鏡面)來調適投影光柵至偵測光柵上之投影之焦平面。在圖2中，此光學元件之一實例被指示為投影光柵PG與基板W之間的透鏡OE1，且此光學元件之另一實例被指示為位於基板W與偵測光柵DG之間的投影光學件中之另一透鏡OE2。在省略偵測光柵(如上文所描述)之實例中，致動器可作用於投影光柵之位置、偵測器之位置或位階感測器之投影光學件中之光學元件之位置，因此調整投影光柵之投影之焦平面之位置及偵測器相對於彼此之位置。因此，一般而言，致動器經組態以調整偵測器之相對位置及投影光柵之影像之焦平面(圖2：POF)。致動器可提供投影光柵之影像之聚焦平面相對於偵測器的任何位移：在平行於或反平行量測光束之傳播之方向上的位移、聚焦平面之傾斜，及/或聚焦平面之場曲率之改變。在後者狀況下，致動器可使(例如)諸如投影光學件中之透鏡OE1或另一透鏡OE2之光學元件可控制地變形。致動器可因此包含各別致動器元件。致動器可(例如)包含壓電致動器或勞侖茲(Lorentz)致動器。控制器件CON驅動致動器以便致使致動器調整投影光柵及偵測光柵之相對位置。上文係關於藉助於致動器來(重新)調整投影光柵之位置、偵測光柵之位置、光學元件之位置或偵測器之位置。相似地，致動器可用於在遠端(重新)調整投影光柵之定向、偵測光柵之定向、光學元件OE之定向或偵測器之定向。投影光柵及偵測光柵相對於彼此之定位及/或位階感測器之投影光學件中之光學元件之定位實現投影光柵至偵測光柵上之聚焦投影。因此，可執行準確位階感測，此係因為可避免與散焦(例如，歸因於投影光柵及偵測光柵之相對位置之偏離)相關聯之不利效應。相似地，在省略偵測光柵(如上文所描述)之狀況下，致動器可規定在偵測器之偵測表面處提供投影光柵之影像之聚焦平面，以便實施聚焦偵測。因此，可執行準確位階感測，此係因為可避免與散焦相關聯之不利效應。下文描述此等不利效應中之一些。眾所周知，在微影程序期間，可在基板上提供層，諸如抗蝕劑層(亦被稱作「光敏層」)，其覆蓋經蝕刻或以其他方式經處理之其他層。在形成基板表面之理想反射抗蝕劑層之狀況下，經反射光束以均一角強度分佈(亦即，在垂直於傳播方向之方向上所見)傳播至偵測器且投影至偵測器上。歸因於抗蝕劑層及下方之另外層之光學性質，可產生角強度分佈之不均勻性。因為位階感測器提供投影光柵分別至偵測光柵上或在偵測器上之聚焦成像，所以在將不均勻的經反射量測光束成像為聚焦時，不均勻角強度分佈將不影響或僅在微小程度上影響如在偵測器DET處所接收之光之強度分佈。然而，在投影光柵與偵測光柵之間的距離偏離理想距離的狀況下，投影光柵至偵測光柵上之成像可變得離焦。相似地，若省略偵測光柵，則投影光柵至偵測器上之影像可變得離焦。若影像離焦，則歸因於(例如)抗蝕劑層及下方之另外層之折射光學性質的不均勻角強度分佈引起至偵測器DET上之不均勻投影。位階感測器將光束至偵測器上之位移(其引起在偵測器處所接收之光的量改變)解譯為基板之高度變化。已與基板相互作用之量測光束之不均勻角強度分佈(在抗蝕劑等等之狀況下)可因此由偵測器解譯為光束在偵測器上之高度上位移(in-height displacement)，因此在投影光柵及偵測光柵離焦之狀況下造成量測誤差。因此，此等散焦誤差可促成微影投影程序之總誤差預算。藉由提供調整投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置的致動器及控制該致動器之位置的控制器件，可縮減光束在偵測器上之高度變化—由於(例如)基板上之層之光學性質。因此，可增加位階感測準確度。因此，代替開啟微影裝置以用於手動地調整位階感測器之相關組件之相對位置或定向，致動器現在在相似於在操作使用中存在之環境條件的環境條件(例如，溫度、使用來自光源LG之光)下實現受控制遠端調整。此促成在產生上文所提及之高度圖時達成較高準確度。此外，若知道特定抗蝕劑層對在偵測器處接收之量測光束之強度分佈的效應，則可修改偵測器信號之處理以用於編譯高度圖及/或致動器控制焦平面之定位以至少部分地補償抗蝕劑層之效應。控制器件CON自身可因此受到表示基板W上之層堆疊之光學性質的特定資訊控制。在一實施例中，視需要經由合適轉碼器、轉訊器或另一信號轉換器件而將偵測器DET之輸出信號(亦即，量測信號)供應至控制器件CON之感測輸入。控制器件可經組態以(例如)在校準模式中驅動致動器以取決於偵測器之輸出信號而設定投影光柵之影像平面在聚焦方向上之相對位置。控制器件CON可因此經組態以在至少兩個不同模式(不同操作狀態)中操作：量測模式，其中控制器件可維持經設定位置；及校準模式，其中控制器件可設定投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之新相對位置(亦即，調整相對位置)。在校準模式中，可應用偵測器輸出信號，以便控制驅動致動器以便設定投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之相對位置。因此，可在校準模式中應用偵測器輸出信號以設定投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之相對位置。藉由在校準期間使用偵測器輸出信號，將需要極少額外設備，且可在偵測器輸出信號自身涉及到校準時執行準確校準。可設想複數個校準策略，下文中將描述該複數個校準策略之一些實例。校準策略可包括控制器件經組態以在校準模式中操作如下。控制器件驅動致動器以順次地呈現投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之複數個相對位置，諸如使偵測光柵DG遍及一位置範圍而位移，該範圍包括如圖2所描繪之偵測光柵DG之位置。藉此，(例如)逐步地使用相對位置之遞增步長來順次地設定複數個不同相對位置。對於每一相對位置，由控制器件接收偵測器輸出信號。在使用最佳化準則的情況下，由控制器件自實際偵測器輸出信號導出最佳偵測器輸出信號。熟習此項技術者可提出此最佳化準則之各種實例，下文將描述該等實例中之一些。控制器件驅動致動器以基於最佳偵測器輸出信號被偵測所處的相對位置來設定投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置。因此，設定複數個相對位置，且在每一相對位置處偵測到偵測器輸出信號。舉例而言，在投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之每一相對位置處，吾人量測偵測器輸出信號對刺激之敏感度。刺激可(例如)由以下各者形成：基板W在垂直方向上之移動(經由在垂直方向上移動基板台WT，垂直方向實質上垂直於基板之頂部表面)；或楔TW (下文較詳細地所論述)或另一光學元件在位階感測器之量測光束之光學路徑中之移動。在使位階感測器之量測光束離開基板台WT自身而反射的狀況下，刺激可由基板台WT在垂直方向上之移動形成。歸因於此刺激，可量測偵測器輸出信號對該刺激之敏感度，且可選擇偵測器輸出信號對該刺激之最合適回應。偵測器輸出信號提供最合適回應所處的投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置可提供投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之最合適相對位置。接著將在操作使用中之位階感測期間使用彼最合適相對位置。因此，控制器件驅動致動器以相應地設定相對位置。在刺激係由干擾形成之狀況下，最佳化準則可為最小值，亦即，建立干擾之最小效應所處的投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之相對位置可為提供最佳聚焦之相對位置。在刺激係由基板高度之改變形成的狀況下，最佳化準則可為最大值，亦即，建立對高度改變之最大敏感度所處的相對位置可為提供投影光柵在偵測光柵上之最佳聚焦之相對位置。如上文所描述，微影裝置包含經組態以固持高度圖將被判定之基板的基板台WT，且微影裝置亦包含經組態以相對於微影裝置之投影系統PS來定位固持基板之基板台的定位器PW。為了執行敏感度量測且設定投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置，控制器件可經進一步組態以在校準模式中操作如下：控制器件與定位器PW通信，以便針對投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之每一相對位置使定位器PW將基板台之位置移動至複數個順次垂直位置。舉例而言，定位器PW將基板台順次地移動至兩個、三個或多於三個垂直位置。在基板台之垂直位置中之每一者處，偵測到偵測器之偵測器輸出信號。接著，對於投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之每一相對位置，依據基板台之垂直位置而自偵測器輸出信號導出轉換因數CONV之值。舉例而言，轉換因數可為針對垂直位置中之單位改變指示偵測器之輸出信號之改變量的增益因數。增益值事實上為用於對比度之度量。出於清楚起見：在成像系統中，物件及物件之影像在該影像之對比度為最佳(亦即，該影像儘可能地清晰)的情況下據稱為「最佳聚焦」。對比度在移動遠離最佳聚焦時變得較差。舉例而言，當在垂直方向上移動基板台時，用於轉換因數之其他可能性可包括偵測器輸出信號之最大範圍。投影光柵之影像平面相對於偵測器在聚焦方向上之最佳相對位置係由控制器件自轉換因數之最大值而建立，亦即，建立最大敏感度所處之相對位置被視為投影光柵聚焦地或最接近於聚焦地投影至偵測光柵上/對應地投影至偵測器上所處之相對位置。圖3A中描繪此轉換因數CONV之實例，其表示經擬合至如所量測之轉換因數之(有限數目個)值的曲線。圖3A之圖解給出如所量測的依據投影光柵與偵測光柵之間沿著量測光束之路徑之相對距離(被指示為「PG-DG def」)而變化的轉換因數CONV之值。靠近對應於最佳聚焦之相對位置的轉換因數之改變可低，其係在靠近頂部之轉換曲線之相當平坦化中予以反映。雜訊或其他干擾可影響在所量測之轉換因數之集合中搜尋最大值MAX的程序。因此，在一實施例中，將二階多項式擬合至轉換因數之值，且計算所得曲線之頂部且將其視為轉換因數CONV之最大值MAX。因此，雜訊或其他干擾可極小地影響轉換因數之最大值之判定。在將轉換因數實施為偵測器輸出信號之最大範圍的狀況下，例如，當在垂直方向上移動基板台時，可同樣地將二階多項式擬合至量測且可同樣地獲得相似於如圖3A所展示之曲線的曲線，藉以該曲線之頂部指示轉換因數之最大值。較佳地，判定在投影光柵上或在偵測光柵上或在偵測器上操作之致動器ACT的經設定準確度。應注意，致動器ACT可由壓電致動器實施。眾所周知，壓電致動器可以小增量實現位置調整且展現高勁度，因此提供相對於機械振動等等為穩固之定位。替代地，致動器可包含亦被稱作「勞侖茲致動器」之音圈致動器。在壓電致動器中，可發生磁滯，從而在致動電壓與位置之間引入不準確度。可藉由實施位置回饋控制迴路來避免磁滯之效應。然而，出於成本原因及出於可用容量之原因，較佳的是在開放迴路模式(亦即，不需要內部位置回饋控制迴路)中操作致動器ACT。因此，提議一種不同於以上方法之用以量測由致動器定位之物件(投影光柵、偵測光柵或偵測器)之最有利位置(聚焦位置)的方法。所提議方法如下。如上文所論述，位階感測器將投影光柵成像至基板上，從而在基板上產生被照明之離散光點陣列。考慮基板台自身上之專用測試基板或專用結構(亦被稱作「基準件(fiducial)」)。基板台上之專用測試基板或專用結構具有在光學性質上不同之兩個鄰近區域。兩個區域可具有不同層堆疊。選擇不同堆疊，使得離開此等不同堆疊而反射之量測光束呈現反射率之角相依性之儘可能大的差異(亦被稱為「變跡(apodization)」)。現在，陣列中之多個光點中之每一者依序地照明不同區域。亦即，一個區域在開始時接收所有光點且另一區域不接收任何光點，且逐漸地，首次提及之區域中之光點的數目減小且最後提及之區域中之光點的數目增加。因此，此序列中之偵測器輸出信號表示自一個區域逐漸地轉至鄰近區域。輸出信號可被解譯為「高度值」。如經由位階感測器所量測的經解譯高度值之差以線性方式取決於投影光柵與偵測光柵之間的散焦距離「PG-DG def」。當使相關物件(投影光柵或偵測光柵或偵測器)移動通過最佳聚焦位置時，量測高度差連同對比度(例如，經由如早先所提及之增益)。接著可基於如所量測之高度差來判定上文所論述之二階多項式之最大值。圖3B呈現給出如所量測的依據投影光柵與偵測光柵之間沿著量測光束之路徑之相對距離(被指示為「PG-DG def」)而變化的經如此解譯之高度差Δh的圖解。進行量測所處的相對距離之範圍包括與最佳聚焦相關聯之距離。經由量測點來擬合線性曲線。隨後，藉由設定及重新量測高度差Δh之值來反覆地設定致動器ACT，直至達成對應於最佳聚焦的高度差之特定值為止。應注意，高度之絕對值或位階感測器之(例如，熱)漂移將皆不影響對應於最佳聚焦的高度差之特定值。此係在圖3C之圖解中予以說明，該圖解給出依據高度差Δh而變化之轉換因數CONV。下文提供藉由操作測試楔TW而提供之刺激之實例。測試楔TW位於(例如)輸入光學件IO與投影光柵PG之間。如圖2示意性地所指示之測試楔TW可(例如)藉助於合適測試楔致動器(圖中未繪示)而在控制器件CON之控制下移動。控制器件可經配置以在校準階段中執行以下操作：在投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之每一相對位置處，使測試楔在輸入光學件與投影光柵之間的光學路徑中之兩個位置之間移動。在一實施例中，楔經配置為緊接於投影光柵，在面對輸入光學件IO的投影光柵之側處，從而致使光以非零平均角入射於投影光柵上。此提供非遠心成像系統。因此，吾人獲得偵測器之輸出信號(亦即，基板之經量測高度)對投影光柵與偵測光柵之間的光學路徑長度(亦即，對散焦PG-DG def之量)之高敏感度。如所量測之高度與散焦之量之間的此關係因而為線性關係。在測試楔之插入/移除不引起偵測器輸出信號之改變的狀況下，位階感測器聚焦：投影光柵分別聚焦地投影於偵測光柵上或投影於偵測器上。換言之，控制器件在投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之每一相對位置處自偵測器接收表示入射於偵測器上之光束之位移的信號，該位移係由於測試楔在光學路徑中之移動。測試楔提供如投影至偵測器上之量測光束中之不對稱性(在垂直於量測光束之傳播方向之方向上所見)。如上文所解釋，投影光柵分別成像至偵測器光柵上或成像於偵測器上愈散焦，則光束分佈中之此不對稱性之效應愈大。因此，位階感測器之散焦愈多，則測試楔之干擾可愈大。因此，投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之最佳相對位置可因此由控制器件自光束之位移之最小值或零值而建立，該等位移係由於測試楔至光學路徑中之移動。舉例而言，此干擾因素引起相對於散焦「PG-DG def」之線性變化。由測試楔致使之干擾中之最小干擾接著將指示投影光柵及偵測光柵之相對位置，其中投影光柵及偵測光柵被適當地定位，亦即，其經定位為聚焦。在以上實例中，基板台上之測試基板或基準件與如上文所論述之不同光學性質一起使用以控制致動器之經設定準確度。另一途徑涉及基板台之傾斜。在此途徑中，吾人查看由PG-DG散焦誘發的所謂的「傾角獨立點(Tilt-Independent-Point)」(或：TIP)之移位。 TIP之定義為由位階感測器感測之高度在基板台將圍繞通過彼位置((Ry或) Rx傾角)之軸線樞轉的情況下不改變的(X位置或) Y位置。出於本發明之目的而僅考慮Y位置中之TIP。眾所周知，Y方向為微影裝置之掃描方向。控制器件驅動定位器以使基板台傾斜至相對於彼此傾斜之兩個不同位置中。因此，量測光束與基板或基準件之至少兩個位置(亦即，基板上之至少兩個部位)相互作用。偵測兩個位置處之偵測器輸出信號。自相對於彼此傾斜之兩個位置處之偵測器輸出信號導出高度差。與上文相似，經導出高度差係與投影光柵之影像之焦平面相對於光學偵測器之各別相對位置相關聯。在此替代方案中，代替應用具有不同光學性質之兩個區域，基板或基準件圍繞Rx軸線之傾斜規定量測光束在靠近量測光束之聚焦點的量測光束之不同部分處反射。舉例而言，若量測光束入射於基板(或基準件)之表面上或多或少地接近於經繞射量測光束之聚焦點POF，則傾斜可引起偵測器輸出信號之變化。因此，在Rx傾角上彼此不同之至少兩個位置處量測偵測器輸出信號。再次，可獲得偵測器輸出信號對Rx傾角之回應相對於致動器位置的曲線。此曲線可為線性的。歸因於(例如)如上文所解釋之抗蝕劑之折射性質，在聚焦點外部之反射將影響高度量測。因此，在此實施例中，可使用基板之至少兩個不同傾斜位置以代替測試基板上之兩個不同區域。因此，代替使用基板台上之特殊測試基板或特定基準件，可使用正常基板(諸如未經處理基板)或基板台之平坦表面以用於此等量測。一旦經導出高度差已與投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之各別相對位置相關聯，就可應用關聯高度差以提供關於投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置的回饋。在控制器件已驅動致動器以便將投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置設定於最佳位置處的狀況下，控制器件可如下驗證投影光柵之影像之焦平面相對於偵測器之相對位置：重複如上文所概述之高度差之判定，且比較經判定高度差與相關聯於相對位置之高度差。在所量測之高度差確實偏離與預期相對位置相關聯之高度差的狀況下，控制器件可驅動致動器以便校正相對位置，且可視需要而重複位置驗證及致動器驅動，藉此反覆地到達預期位置。如本文件中所描述之位階感測器可包含於諸如使用透射或反射投影透鏡之微影裝置的微影裝置中。控制器件可由包含(例如)具備合適程式指令之資料處理系統的單獨控制系統形成，或可被實施為位階感測器或微影裝置之現有資料處理系統上的任務或程序。儘管可在本文中特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微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。熟習此項技術者將瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般之術語「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中所提及之基板。在適用的情況下，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。此外，可將基板處理多於一次，例如，以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語「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，且在內容背景允許的情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在該基板上，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。本文中所使用之術語「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、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」在內容背景允許的情況下可指各種類型之光學組件中之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。儘管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，本發明可採取以下形式：電腦程式，其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)，其具有儲存於其中之此電腦程式。以上描述意欲為說明性的，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，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如所描述之本發明進行修改。

Δh‧‧‧高度差
ACT‧‧‧致動器
AD‧‧‧調整器
B ‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
C ‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
CON‧‧‧控制器件
CONV‧‧‧轉換因數
DB‧‧‧量測光束
DEF‧‧‧散焦距離
DET‧‧‧偵測器
DG‧‧‧偵測光柵
FDB‧‧‧光
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
LG‧‧‧光源
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MAX‧‧‧最大值
MT‧‧‧光罩支撐結構/光罩台
OE₁‧‧‧透鏡
OE₂‧‧‧透鏡
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PG‧‧‧投影光柵
PG-DG def‧‧‧相對距離/散焦距離/散焦
PM‧‧‧第一定位器件
POF‧‧‧聚焦平面/聚焦點
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二定位器件/第二定位器
SO‧‧‧輻射源
TW‧‧‧測試楔
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台

現在將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應參考符號指示對應部分，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位階感測器的高度示意圖；且 - 圖3A、圖3B及圖3C描繪說明用以將位階感測器設定為聚焦之方式的圖形。

ACT‧‧‧致動器

CON‧‧‧控制器件

DB‧‧‧量測光束

DEF‧‧‧散焦距離

DET‧‧‧偵測器

DG‧‧‧偵測光柵

FDB‧‧‧光

LG‧‧‧光源

OE₁‧‧‧透鏡

OE₂‧‧‧透鏡

PG‧‧‧投影光柵

POF‧‧‧聚焦平面/聚焦點

PW‧‧‧第二定位器件/第二定位器

TW‧‧‧測試楔

W‧‧‧基板

WT‧‧‧基板台

Claims

一種位階感測器，其經組態以感測一物件之一表面之一部分之一局域高度，其中：該位階感測器包含一光學系統；該光學系統包含一投影光柵及一偵測器；在存在該物件時之操作使用中，該光學系統可操作以經由離開該表面之反射而將該投影光柵成像於該偵測器上；該位階感測器經組態以依靠該投影光柵在該偵測器上之該成像來感測該局域高度；該位階感測器包含用於調整由該光學系統進行之該成像之一致動器，其中該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該投影光柵之一位置；該偵測器之一另外位置；及該偵測器之一另外定向。
如請求項1之位階感測器，其中：該光學系統包含一偵測光柵；在存在該物件時之操作使用中，該光學系統可操作以經由離開該表面之反射及經由該偵測光柵之透射而將該投影光柵成像於該偵測器上；且該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該偵測光柵之一位置；及該偵測光柵之一定向。
如請求項1之位階感測器，其中：該光學系統包含一光學組件；該光學組件包含以下各者中之至少一者：一透鏡及一鏡面；該致動器經組態以調整以下各者中之至少一者：該光學組件之一位置；及該光學組件之一定向。
如請求項1之位階感測器，其中：該偵測器可操作以偵測該投影光柵在該偵測器上之該成像之一屬性；且該位階感測器具有一控制器件，該控制器件經組態以用於在該屬性之控制下驅動該致動器。
一種微影裝置，其經組態以用於在一基板之一高度圖之控制下將一經圖案化輻射光束成像於該基板上，其中該微影裝置包含一如請求項1、2、3或4之位階感測器；該位階感測器可操作以經由感測該基板之各別部分之各別局域高度值來編譯該高度圖。