TWI428706B - 微影裝置、元件製造方法及施加一圖案至一基板之方法 - Google Patents

微影裝置、元件製造方法及施加一圖案至一基板之方法 Download PDF

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Description

微影裝置、元件製造方法及施加一圖案至一基板之方法
本發明係關於一種微影裝置及一種用於製造一元件之方法。本發明進一步係關於一種將一圖案自一圖案化元件施加至一基板上之方法，且係關於一種用於控制一微影裝置以實施此等方法之步驟的電腦程式產品。本發明尤其係關於用於相對於該圖案化元件上之對準標記之一投影影像準確地對準一基板台的程序及裝置。
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)的機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在該情況下，圖案化元件(其或者被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。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圖案化之鄰近目標部分的網路。已知微影裝置包括：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元件轉印至基板。
無論使用哪一類型之裝置，在基板上圖案之準確置放均為用於減小可藉由微影製造之電路組件及其他產品之大小的主要挑戰。詳言之，準確地量測已經放下的在基板上之特徵的挑戰為在能夠足夠準確地定位以疊加形式之順次特徵層而以高產率製造工作元件時的重要步驟。在現今之次微米半導體元件中必須達成在幾十奈米內的所謂的疊對，在最重要層中降至幾奈米。
因此，現代微影裝置涉及在一目標部位處實際上曝光或以其他方式圖案化基板之步驟之前的廣泛量測操作。耗時的此等操作限制微影裝置之產出率，且因此增加半導體或其他產品之單位成本。在先前技術中已採取各種步驟來減輕此等延遲。舉例而言，一配置提供雙晶圓台，使得兩個晶圓可同時載入於機器中。在第一晶圓於曝光站中正經歷曝光的同時，第二晶圓正經歷量測程序以建立準確「晶圓柵格」及高度圖。該裝置經設計成使得可在不會使量測結果無效的情況下調換該等台，藉此減小每晶圓之總循環時間。亦可使用並行地處理量測步驟及曝光步驟之其他技術。
通常用作解譯許多其他量測之基準的一量測任務為影像對準量測，藉由該影像對準量測，藉由直接或間接耦接至基板支撐件之感測器拾取藉由圖案化元件自身投影之圖案。此等感測器與在三個維度上量測基板台之相對位置移動的感測器結合而提供可供使用其他量測以在X方向及Y方向上且亦在Z(聚焦)方向上準確地置放基板之所要部分 的基準面(datum level)。此等基準面(無論是個別地或是以多個量測之統計組合形式)之準確性及可重複性為圖案化部位及聚焦之總準確性的限制因素。
已知影像對準感測器包含相對於基板台固定之感測器(被固定至少歷時影像對準量測之持續時間)。使用用於基板台之定位子系統來移動該台，以便使感測器在X、Y及Z方向上通過投影輻射場進行掃描。藉由解譯在X、Y及Z之各種值處感測器信號之量測強度，可依據定位子系統之適當座標系統導出投影影像之實際位置。
在設法增加此系統之準確性時，遭遇各種障礙。首先，用於影像對準之掃描運動不可避免地誘發振動，且因此誘發影像對準結果之不準確性。藉由減小掃描速度來減小振動將延遲量測，且可影響總生產力(產出率)。此外，用於晶圓台之定位子系統不是針對影像對準掃描操作加以最佳化，而是針對曝光操作加以最佳化。在影像對準掃描期間之所得定位不準確性可導致投影影像之不均勻取樣。
雖然此等誤差已在現代技術之容限內，但隨著製造商朝向達到甚至更高程度之位置準確性的目標奮鬥，任何誤差源均將變得顯著。量測速度對於改良產出率亦係關鍵的，而裝置之成本亦為一因素。
因此，需要進一步減輕微影裝置中之量測額外負擔及/或量測及定位誤差。一特定期望係改良投影影像量測之效能及/或速度。
根據本發明之一態樣，提供一種微影裝置，其經配置以將一圖案自一圖案化元件投影至一基板上，該裝置包含：一圖案化子系統，其用於收納該圖案化元件且將該圖案投影至被固持於一圖案化部位處之一基板；一基板支撐件，其用於在施加該圖案時固持該基板；至少一定位子系統，其用於使該基板支撐件、該圖案化子系統及該圖案化元件相對於彼此移動，使得將該圖案施加於該基板上之一準確已知部位處；及一量測子系統，其用於量測該基板相對於該圖案化部位之部位，且用於將量測結果供應至該定位子系統，其中該量測子系統包括：至少一感測器，其用於接收自一對準標記所投影之輻射，該感測器及該對準標記中之一者係與該圖案化元件相關聯且另一者係與該基板支撐件相關聯；及一處理器，其用於接收及處理來自該(該等)感測器之信號以解析該投影對準標記中之空間資訊，以建立用於量測該基板支撐件與該圖案化部位之間的位置關係的一參考，且其中該感測器及該處理器可操作以執行在建立該參考位置時之至少一最後步驟，同時將該基板支撐件及該圖案化元件固持成相對於彼此靜止。
用於實施根據本發明之此態樣之裝置的一選項係提供用於相對於該基板支撐件或該圖案化元件移動該感測器之分離致動器。
根據其他實施例，該感測器包含：一光偵測器元件陣列，該等光偵測器元件在至少一維度上分離；及一信號處 理器，其用於藉由在該投影對準標記落在該陣列上時組合表示藉由該陣列之個別元件量測之輻射強度的信號而在至少一維度上準確地計算該參考位置。
根據一些實施例，該處理器經配置以根據自該對準標記之各別不同光徑長度來區分不同元件，藉此計算在平行於該投影系統之一光軸之一維度(Z)上的一參考位置。在光學微影之情況下，可使用與投影存在於該圖案化元件上之產品圖案之投影系統及照明相同的投影系統及照明將該對準標記投影至該感測器(S)。此方法(儘管嚴格地係選用的)係便利的且為量測計算帶來準確性及簡單性，但其他實施係可行的。
在壓印微影之情況下，更直接施加該產品圖案，且不以光學方式投影該產品圖案。然而，仍可在該圖案化元件或其支撐結構與該基板或其支撐結構之間部署該對準標記之一光學投影。原則上，應用於壓印微影的本發明之實施例可涉及在該圖案化元件上之一感測器，及自該基板支撐件或一關聯元件投影至該感測器之標記。
雖然在隨後之實施例中說明及描述對準標記與感測器之間的直接投影，但可設想如下修改：其中出於某種原因，對準標記之投影在基板支撐件及圖案化元件或其支撐件中之一者或另一者處反射，且感測器及對準標記兩者均在投影光學系統之同一側處。
根據本發明之另一態樣，提供一種元件製造方法，其包含將一圖案自一圖案化元件投影至一基板上，該方法包 含：提供一圖案化子系統，其用於收納該圖案化元件且將該圖案施加至被固持於一圖案化部位處的該基板之一部分；將該基板固持於一基板支撐件上；量測該基板相對於該圖案化部位之部位；操作該圖案化子系統，同時使用該量測步驟之結果來以一移動序列使該基板支撐件、該圖案化子系統及該圖案化元件相對於彼此定位，使得將該圖案施加於該基板之複數個所要部分處；及根據該施加圖案來處理該基板以產生產品特徵，其中該量測步驟包括進行以下各者之一初步步驟：(i)使用一感測器來接收自一對準標記所投影之輻射；及(ii)處理來自該感測器之信號以解析該投影對準標記中之空間資訊，以建立用於在至少一維度上量測該基板支撐件與該圖案化部位之間的位置關係的一參考，且其中該感測器及量測子系統經配置以執行在建立該參考位置時之至少一最後步驟，同時將該基板支撐件及該圖案化元件固持成相對於彼此靜止。
根據本發明之一態樣，提供一種電腦程式產品，其含有用於控制一微影裝置之機器可讀指令的一或多個序列，該等指令經調適以用於控制上文之如在本發明之該等態樣中之任一者中所闡述之方法的該量測步驟及該定位步驟。
自對下文所論述之例示性實施例的考慮，熟習此項技術之閱讀者將理解本發明之此等及其他特徵及優點。
現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分。
圖1示意性地描繪根據本發明之一實施例的微影裝置。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元件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據特定參數來準確地定位該圖案化元件之第一定位器PM；- 基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，塗佈抗蝕劑之晶圓)W，且連接至經組態以根據特定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，其經組態以將藉由圖案化元件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)圖案化元件。支撐結構以取決於圖案化元件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化元件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化元件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化元件。支撐結構可為(例如)框架或台， 其可根據需要而係固定或可移動的。支撐結構可確保圖案化元件(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」之任何使用均與更通用之術語「圖案化元件」同義。
本文中所使用之術語「圖案化元件」應被廣泛地解釋為指代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元件。應注意，例如，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，則圖案可能不會確切地對應於基板之目標部分中的所要圖案。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元件(諸如積體電路)中的特定功能層。
圖案化元件可為透射或反射的。圖案化元件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中係熟知的，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，該等小鏡面中之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。傾斜鏡面將圖案賦予於藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中。
本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解釋為涵蓋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，其適合於所使用之曝光輻射，或適合於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其他因素。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用均與更通用之術語「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，使用如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可為具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)的類型。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。本文中所揭示之本發明適用於單載物台裝置及多載物台裝置兩者。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可藉由具有相對較高折射率之液體(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。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。如本文中所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸漬於液體中，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，輻射源與微影裝置可為分離實體。在此等情況下，不認為輻射源形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包含(例如)適當引導鏡面及/或光束擴展器之光束傳送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他情況下，例如，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部分。輻射源SO及照明器IL連同光束傳送系統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的調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的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)。此外，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)上之圖案化元件(例如，光罩MA)上，且係藉由該圖案化元件而圖案化。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IF(例如，干涉量測元件、線性編碼器或電容性感測器)，基板台WT可準確地移動，例如，以使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。類似地，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之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部分的長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。類似地，可使用形成第二定位器PW之部分的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)之情況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可為固定的。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用專用目標部分，但其可 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)。類似地，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所成像之目標部分C的大小。
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的寬度(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元件，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掃描期間的順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化元件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化元件(諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣 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示意性地描繪在圖1之微影裝置中所描繪的基板台WT之配置，其中基板台WT具備根據本發明之影像感測器之實施例。在基板台WT中，提供兩個影像感測器IAS1及IAS2。可使用該等影像感測器來判定在光罩MA上一圖案(例如，物件標記)之空中影像之部位，該判定係藉由使影像感測器IAS1或IAS2通過該等標記之「空中影像」進行掃描而進行，如下文所描述。對準標記P1至P4亦分佈於基板自身上。
術語「空中影像」在此內容背景中係用以指代在存在基板或其他目標的情況下將形成實影像之經圖案化輻射場。此場之特徵具有根據投影系統之圖案及解析能力的在X及Y方向上之位置及範圍，且具有根據投影系統之聚焦位置及聚焦深度的高度及垂直範圍。整個程序之目的係在曝光抗蝕劑層或其他目標中之元件圖案期間在X、Y及Z方向上準確地定位元件圖案之空中影像。
圖3A至圖3C說明使用影像對準感測器IAS1、IAS2之對準程序中的步驟。除了與圖1及圖2中之部分相同地大體上所標記的部分以外，亦提供對準感測器300以在基板W及/或基板台WT之方向上引導對準輻射光束302。在圖3A所示之操作階段，感測器300偵測光束302在反射時之屬性，以便偵測感測器300與圖案(諸如基板上之P1至P4)之對準。 如圖3B所示，藉由感測器IF(圖1所示)準確地量測的基板台WT之移動可使輻射光束302之對準亦正對著該基板台上之對準標記304。標記304係相對於影像感測器IAS1、IAS2等等準確地置放，例如，其為與容納該感測器之區塊相同的區塊上的標記。另外，如圖3C所示，基板台WT可移動以將影像感測器IAS1、IAS2等等帶至空中影像310之位置中，空中影像310為標記(諸如光罩MA上之標記M1)通過投影系統PS之投影。在基板台WT之平移移動期間藉由感測器IAS1、IAS2接收到空中影像310時，電子系統312偵測此空中影像310之屬性，以在所有自由度上定位光罩對準標記M1以最佳對準(X-Y)及最佳聚焦(Z)投影至感測器IAS1上所在的確切部位。
藉由影像感測器IAS1及IAS2，當其在基板台中之位置為所熟知時，可判定光罩MA上之圖案之空中影像相對於基板台WT的相對位置。基板台WT可具備包含基板標記(例如，如圖2所描繪之基板標記P1、P2、P3、P4)之基板W。對準感測器300與位置感測器IF合作而可獲得基板標記P1、P2、P3、P4之相對位置。可藉由圖3A及圖3B所說明之對準感測器步驟獲得對基板標記P1、P2、P3、P4之相對位置的認識。可自在使用影像感測器IAS1、IAS2之初步步驟中所獲得的資訊(圖3C)推導出光罩MA上之物件標記之影像相對於晶圓台WT的相對位置。此等資料允許基板W以極大準確性定位於相對於光罩MA之投影影像的任何所要位置處。
必須理解，代替兩個影像感測器IAS1及IAS2，可存在更多或更少影像感測器，例如，一個或三個。此等感測器及關聯電子儀器之形式為熟習此項技術者所知，且將不加以詳細地描述。對準機制之替代形式係可能的，且可用於本發明之範疇內。影像對準感測器IAS1、IAS2可安裝於與載運基板之台WT分離的支撐件上(倘若可判定其相對位置)。
圖4說明在上文所描述之已知裝置中影像對準感測器IAS1及IAS2之操作原理。在已知裝置中，光罩對準標記M1包含在照明圖案中之明線集合，其中之一些明線在X方向上延伸且藉此得到Y位置資訊，其他明線在Y方向上延伸且得到X位置資訊。在隨後之實例中，將僅描述在此等方向中之一者上之量測的細節，應理解，可同樣地量測其他方向。可將用於X方向及Y方向兩者之感測器組合於一個單元中，且原則上，可組合該等標記。可設想在45度下之標記集合以導出混合型X及Y信號。
然而，出於簡單性起見，預期將並排地(依序地或並行地)處理X方向及Y方向。應進一步理解，一實務實施例將涉及用於以下各者之程序步驟：(i)將感測器帶至投影標記之一般部位；(ii)執行一或多次粗略對準量測；及(iii)最後獲得精細量測。可在此等不同階段使用不同步驟及程序，及/或感測器及/或標記之不同部分。出於說明起見，圖4事實上說明已知裝置中之粗略對準步驟(ii)，而參看圖5向前所描述的本發明之實施例尤其係關於精細量測步驟，其中準確性問題實際上係最尖銳的。
圖4中之AIM通常指示在標稱Z位置(Z方向為圖解中之垂直方向)之任一側上聚焦於具有聚焦深度DOF之空間中之點處的三個明線之「空中影像」。如所提及，圖解中之水平軸線可被視為X或Y。將在下文使用記法X/Y。該等明線之橫截面係藉由三個橢圓表示，且具有已知間隔。影像對準感測器400包含被容納於本體404(區塊或空腔)中之光偵測器402，來自經圖案化輻射光束之輻射可通過孔徑406而進入本體404中。在此特定實例中，孔徑406之數目為三個，且其經間隔以對應於光罩對準標記之空中影像中之三個明線的間隔。該等孔徑可(例如)藉由沈積不透明材料(例如，鉻金屬層408)界定。在已知感測器中，單一光電二極體402可接收及有效地整合通過所有三個孔徑且沿著在X或Y方向上延伸至圖解中之線長度所接收的輻射。
孔徑之垂直(Z)位置與空中影像AIM之Z位置被間隔開距離EZ，距離EZ表示在Z方向上之「誤差」。類似地，通過中央明線之中心的平面412與通過孔徑406中之中央孔徑之中心的平面414被間隔X/Y方向誤差EX/EY。應瞭解，當空中影像之三個明線與感測器400中之孔徑406最大地對準且聚焦於感測器400中之孔徑406上時，亦即，當EZ及EX/EY均為零時，進入本體404之光及因此藉由光偵測器402輸出之光強度將處於最大值。在圖解之右側，示意性地指示掃描路徑420，其在X/Y方向上水平地延伸且亦在Z方向上延伸多遍(pass)。該等遍被標記為Z0、Z1、Z2等等，且係藉由移動基板台WT產生，感測器400固定地安裝於基板台 WT上或感測器400固定地耦接至基板台WT。
圖4之下部部分處之曲線圖為藉由光偵測器402量測的強度相對於時間之標繪圖。沿著底部軸線標記對應於掃描Z0至Z4之時間週期。在此等遍中之每一者內，可看到三個相異強度峰值，兩個較弱峰值係在一中央最強峰值之任一側上。在每一遍中，當該等明線中之一者或(在此情況下)兩者與感測器400中之孔徑406中之兩者對準時，出現較弱峰值。此情形大致對應於在圖4中之左頂部所說明的偏移情形。每一遍中之最強中央峰值對應於EX/EY=0位置，其中三個明線與三個孔徑對準，從而允許最大量之輻射照射於光偵測器402上。在不同遍當中，可看出，對應於遍Z2之強度峰值係最高的。因此，藉由簡單信號處理，可將藉由曲線圖軸線上之標繪圖及深度值Z2指示的位置識別為在X/Y方向及Z(聚焦)方向兩者上具有最佳對準之位置。藉由橫越不同Z值標繪最高峰值之曲線，原則上可推導出該等掃描之間的改進型Z位置。
藉由使此最高中央峰值之位置與自驅動基板台WT之定位子系統所接收之移動信號相關，可建立一基準，藉由該基準，原則上可達成相對於圖案化元件之空中影像的基板台及基板W之任何位置。
自然地，可僅與許多其他量測一起使用此基準來達成基板上之圖案化之所需準確性。另一方面，基準位置之任何不準確性將暗中破壞整個程序之準確性。在一實務系統中，在圖4之曲線圖中所說明的程序之後，將進行一另外 精細掃描程序以確切地識別在X/Y及Z上之位置，以達到曝光基板之元件圖案所需要的準確性。如序言中所提及，包含定位子系統PW之馬達及伺服控制器不是針對此類型之掃描加以最佳化，而是針對隨後之曝光程序加以最佳化。因此，很可能在精細掃描程序中出現誤差，其不能被消除且可限制用於後續量測之基準之準確性。影像對準掃描程序花費時間，且此情形與產出率要求衝突。
本文中提出許多提議來解決此等誤差源及延遲源。可考慮的一種類之解決方案係藉由獨立於基板台WT自身之致動器及/或伺服系統達成影像對準感測器之掃描。因此，可設想將感測器400及其類似者安裝於在X/Y方向上及/或在Z方向上藉由(例如)音圈或壓電馬達驅動之子台上，而非將感測器400及其類似者固定地安裝至基板台。光偵測器402可能保持靜態，而具有孔徑406之不透明層408僅左右地及/或垂直地移動。亦可設想此等方法之組合。
此等提議之一些缺點包括所必要的馬達、位置編碼器及伺服電子儀器之額外重量，以及其固有複雜性及成本。因此，在下文所描述的本發明之實施例中，採取一替代方法，其中影像對準感測器包括如下光偵測器及孔徑：其相對於基板台WT完全靜態，但在X/Y方向上及/或在Z方向上被再分，以完全消除針對掃描移動之需要(至少在精細量測狀態下)。可將該等感測器描述為「自掃描」，但事實上，掃描不為其操作之部分(至少在機械意義上)。
靜態影像對準感測器
圖5說明圖案化元件(光罩)MA，出於實例起見，圖案化元件(光罩)MA具有置放於其四個隅角中之光罩對準標記M1至M4，光罩對準標記M1至M4係在元件圖案區域502外部。標記M2之放大圖(仍係高度示意性的)被標記為500。此標記包括許多明線特徵，一些明線特徵在X方向上延伸且一些明線特徵在Y方向上延伸。此等明線特徵分別被標記為MIY及MIX，以反映出與Y軸對準之線MIX提供X位置資訊。儘管僅說明單一線，但可設想包括多個線及/或光柵的各種形式之標記，此在下文將加以進一步解釋。
圖6說明修改型裝置，其僅被表示為圖1至圖3C所說明之裝置之簡單修改。該修改包含修改型光罩對準標記500(為圖5所示之類型)及修改型影像對準感測器504(代替上文所描述之感測器IAS1/IAS2/400)。感測器504仍靜態地安裝於基板台WT上，且具有準確地已知及/或可相對於基板W自身上之標記P1等等量測的位置。指示修改型信號處理電路506，連同其至另外數位信號處理器或電腦600之連接，另外數位信號處理器或電腦600具有關聯儲存器602及其他連接。在本端信號處理電路506與電腦600之間的任務之劃分為關於效能及成本要求之設計選擇事項，以及移動台WT上之重量、質量及熱負荷之問題。
第一實施例
圖7說明第一實施例中之此新穎裝置之操作原理。關於X/Y方向，提供感測器700，其不具有單一光偵測器，但具有光偵測器元件702陣列。此等光偵測器元件可以與線陣 列類型或方陣列類型之已知相機感測器之方式相同的方式整合於基板704上。在一典型實施例中，諸如色彩敏感度之問題無需為優先問題，而諸如熱產生(功率耗散)之問題在此應用中比在消費型相機元件中可更顯著。光電二極體對用於照明及投影系統中之輻射之波長敏感。讀出電路706亦可整合於基板704上，以用於將來自偵測器元件702陣列之個別強度讀數發送至信號處理器708。根據需要，處理器708示意性地併有台上處理電路506及電腦600兩者。在此第一實施例中，處理器708輸出作為當前Z位置之函數的X/Y誤差EX/EY之讀數。關於稍後實施例，將描述Z解析度可如何併入於靜態感測器中，且該等技術亦可應用於此實施例中。或者，可以與先前技術之方式相同的方式執行在Z方向上之掃描移動，而感測器僅在X/Y方向上保持靜態。
光電二極體可直接曝露至環境，或可藉由用於光學目的及/或實體防護之層覆蓋。可提供孔徑柵格以更精確地界定感光性區域之範圍，及/或減小元件之間的串擾。
在此第一實例中，假定光罩對準標記710以在投影系統PS之聚焦平面中產生實質上正弦條紋圖案的規則光柵為特徵。在712處示意性地指示用於空中影像AIM之強度分佈。雖然光偵測器元件702不移動，但因為其有效孔徑在X/Y方向上被個別地間隔，所以每一有效孔徑固有地回應於強度量變曲線712之不同部分。在圖解之右底部之曲線圖中，垂直軸線表示在每一光偵測器處所量測之強度 I(i)，其具有索引i。自在曲線圖中被標繪為小正方形之樣本值，且在知道強度量變曲線為正弦的情況下，可使曲線714準確地擬合於所量測之樣本，且可藉由處理器708計算及輸出圖案相對於感測器700光電二極體陣列之確切位置。應理解，因為條紋圖案係週期性的，所以可報告假像位置(alias position)。此情形可藉由感測器700之先前粗略定位之足夠準確性解決。若偵測器陣列大於投影光柵，則替代措施可能包括端點偵測；或者，有限光柵具有與正弦強度圖案捲積之包絡函數，其可用於粗略位置量測。
如前文所提及，圖7所說明之簡單實例經調適以僅用於在單一Z位置處量測X/Y位置。藉由掃描或其他方式(諸如將在下文加以描述)，可標繪多個正弦曲線，例如，在716處以點線所展示之曲線。藉由使曲線擬合於不同Z值處之量測樣本值，無論是藉由機械地掃描或是以其他方式進行掃描，均可識別曲線之最大振幅，其又指示EZ=0位置。不用說，若在感測器700(或任何其他實施例中之感測器)之有效孔徑平面與基板台WT及/或基板W上之其他特徵之間存在偏移，則其可被量測且作為偏移而加至基準以用於以已知關係準確地定位所有部分。
應注意，若個別像素偵測器702之間隔顯著小於當代光柵及影像對準感測器之間隔，則圖7之感測器700將僅得到高於已知感測器之解析度的解析度。因此，在圖7之實施例變得比待描述之其他實施例有吸引力之前，可能需要影像感測器技術之改良。除了加熱及功率耗散之問題以外， 待考慮之另外問題為用於已知系統中之小光電二極體(與較大偵測器402相比較)之不可避免的低信雜比(SNR)。可藉由重複量測且整合結果來解決此等問題(雖然此情形可能影響量測時間及產出率)。
第二實施例
圖8說明新穎感測器之第二實施例之形式及功能原理，其係基於產生呈離散明線802之形式之空中影像AIM的標記，而非週期性光柵。該明線在此實例中被描述為平行於Y方向延伸，以用於獲得X位置資訊。如在圖7中，新穎感測器800包括供置放或形成個別光偵測器元件804線陣列之靜態區塊(通常為半導體基板)。提供讀出電路806及處理電路808，以獲得用於當前Z值之EX/EY量測。將看出，偵測器元件804陣列經對準成相對於明線(Y)軸線成淺角度(shallow angle)α，而非經排列成橫向於X方向。因此，元件804之線以極緊密間隔遍及在X方向上之特定範圍有效地分佈，而在沿著Y方向之相對較大範圍內擴展，其在明線802之情況下不含有位置資訊。以此方式，可使用更大、更實務且更少雜訊之偵測器元件804獲得在X方向上之取樣之極精細間距。
圖8(a)中之上部曲線圖藉由暗正方形說明用於可自陣列所接收之強度的樣本值。在此實例中，識別及擬合單一峰值(如在812處所說明)，而非使週期性正弦曲線擬合於量測樣本。處理器808潛在地以子像素準確性識別此曲線之峰值，以在Z之當前值上輸出值EX。如在下部曲線圖中所展 示，可藉由掃描或藉由其他方式來獲得針對不同Z值之複數個曲線，且選擇最大值曲線814以輸出在後續量測及最終曝光程序中用作基準面之EX值及EZ值兩者。自另一感測器(圖中未繪示)及具有與線802成直角之明線的另一標記類似地獲得EY。應注意，一旦該明線定位於感測器800上方的元件804之範圍內，隨即無需掃描移動，不誘發振動或位置伺服誤差，且因此，影像對準量測結果之準確性僅受感測器及處理器之屬性以及其固定於基板台WT上之穩定性限制。
應理解，一實務實施例可使用提供若干明線802之光罩對準標記。又，此實施例中之目的在於：可使此等線極清楚地彼此分離，而非以光柵之方式干涉。若干感測器800可具備分離基板，或偵測器元件804之間隔線可橫越單一基板加以提供。多個線之供應可改良俘獲範圍(增強粗略量測速度)，及/或可使用來自複數個元件804陣列之結果的統計組合來改良最後結果中之雜訊抑制及準確性。此等實施細節將容易由熟習此項技術者理解及應用，且將不關於本文中之此實施例或另外實施例加以特定地描述及說明。如前文所提及，針對在Y方向(EY)上之量測重複同一配置。
圖8(b)及圖8(c)分別展示在縱向(Y)方向及橫向(X)方向上感測器800之示意性橫截面細節。應注意，圖8(b)僅呈現小數目之元件804及孔徑(與平面圖中所說明之整個陣列相比較)。此外，雖然指示X軸，但該陣列當然與根據角度α 之偏移軸線對準，且正是此偏移角使空中影像802照射於一些孔徑及偵測器上，而不照射於其他孔徑及偵測器上。因此，在此圖解及隨後之類似圖解中，標記「X」及「Y」應被寬鬆地解釋為指代方向X或Y加上或減去α(除非另有敍述)。
首先轉向圖8(b)，以橢圓摺線展示明線802之空中影像AIM之表示。個別偵測器元件804定位於基板本體820之基底處，每一偵測器元件804處於形成於鉻或類似不透明層824中之各別孔徑822下方。應最小化進入一孔徑822之輻射與藉由元件804在一相鄰孔徑下方所接收之輻射之間的串擾。此最小化可藉由如下方式進行：藉由將元件804有效地呈現為孔徑自身；藉由將元件804定位成比在其孔徑後方所說明之情況緊密得多；及/或藉由在該等元件之間提供不透明及/或吸收性材料之實體障壁。此等措施未被展示，但均在熟習此項技術者之能力內，且可根據其便利性、成本及相對效能加以選擇。
圖8(c)展示可如何在一方向(X/Y)上相對於另一方向(Y/X)拓寬每一偵測器元件804及孔徑822(若此情形將最大化對入射輻射之敏感度，而不使量測之準確性降級)。舉例而言，若孔徑822在X方向上顯著窄於明線量變曲線802之最亮峰值，則將由於入射輻射之不良利用率而損失準確性。另一方面，若孔徑822寬於明線802之輻射量變曲線中之強度峰值，則由於在利用率、SNR等等方面無增益而將損失空間解析度。
圖9以類似於圖8之格式的格式展示感測器800之修改型版本，其中感測器區塊或基板830確切地與Y軸對準(潛在地出於製造簡易性起見)，而元件804及/或孔徑822陣列橫越本體830以角度α傾斜地分佈。藉由圖9(a)中之曲線圖說明的信號處理及所獲得之信號係與圖8之實施例中的信號處理及所獲得之信號相同，且將不加以更詳細地描述。可看到之一些差異在於：參看圖9(b)，此外看出，光偵測器元件804(雖然在縱向方向(Y)上被再分且較小)在X方向上出於最大光利用率而較寬。在圖9(c)所示之實例中，本體830載運偵測器元件陣列，該等偵測器元件均被均一地置放且沿著感測器之長度具有均一寬度。僅印刷/蝕刻不透明層824中之孔徑822，以便漸進地步進至不同X位置。在此橫截面中說明孔徑822中之一約略中央孔徑，從而將輻射圓錐體832投射於元件804中之一中央元件之中央部分上。舉例而言，較靠近陣列之開始的元件將在偏移位置處自孔徑(未在此橫截面中繪示)接收輻射圓錐體834，且隨著一元件前進至陣列之另一端，針對另一側存在類似情況。將顯而易見，應小心以確保在陣列之極端處來自孔徑之信號不因落在元件804之末端之外之輻射的損失而減低。或者，可將一校正量變曲線應用於藉由處理器800讀出及處理之信號，以補償任何此類下降。
圖10說明類似於圖9之修改的另外修改。此處，使用相同形式之區塊830及相同處理。唯一差異在於：提供沿著偵測器元件804陣列之長度延伸的單一孔徑條紋822。在沿 該陣列之每一點處，孔徑壁將具有如在834處示意性地所展示之傾斜部分。此外，含有孔徑之不透明層824與偵測器元件804之間的近接性實務上比所展示之尺度緊密得多，使得最小化元件之間的串擾。此內容背景中之術語「垂直」未在嚴格意義上加以使用，但係用以指代垂直於基板平面之方向，其通常為微影系統中之聚焦方向。
Z誤差之靜態量測
雖然至此所描述之實例已解決相對於X及/或Y方向之位置之量測，但現將描述一些修改，其允許將單一靜態感測器用於投影空中影像AIM之垂直(Z)對準之量測，而無機械掃描。雖然在第二實施例之內容背景中描述此等修改，但其可同樣地適應及應用於第一實施例及第三實施例(下文所描述)。
圖11說明Z誤差之此靜態量測之原理，其係基於圖8之實施例之簡單修改。感測器900包含載運光偵測元件904陣列及讀出電路906之本體920。本體920經安裝成相對於(在X量測之情況下)Y軸成偏移角α，Y軸平行於藉由光罩對準標記投影之明線902。
修改型信號處理器908自讀出電路906接收個別像素資料，且處理該資料以不僅產生EX值，而且產生EZ值。出於此目的，如在插入細節中所展示，將像素(光偵測器元件904)以固定序列(或以已知隨機化序列)指派至不同深度值Z1、Z2、Z3。達成每像素一不同深度值之方式為可以若干方式進行之事項，如下文進一步所描述。所提供之不 同深度值之數目可大於或小於三。目前，應剛好理解，處理器908使用每一像素與深度值Z1、Z2、Z3之間的關聯性以將自光偵測元件904所接收之樣本值處理為藉由三角形、空白矩形及黑矩形符號化之三個分離資料集合(如在圖11之底部處之曲線圖中所標繪)，而非使單一強度曲線擬合於此等樣本值。
使預期形狀之曲線擬合於三個樣本集合中之每一者會展現三個強度/樣本位置量變曲線，被標記為912-1、912-2及912-3。如所指示，此等曲線分別對應於Z1、Z2、Z3深度值。由於曲線912-3為峰值強度中之最高者，故可輸出對應於Z3之值EZ，以及對應於擬合曲線之峰值之X位置的值X。倘若曲線形狀係已知的且擬合於許多樣本，則可獲得子像素解析度。應瞭解，在提供在Z方向上之僅三個值Z1、Z2與Z3之間的解析度時，已使在X方向上之解析度除以三(至少在每一資料集合中)。已提出，假定空中影像902中之強度分佈不傾斜，而是圍繞垂直於X軸之平面對稱，則可將來自較弱曲線912-1及912-2之X資訊與來自最強曲線912-3之X資訊進行組合以改良X位置之準確性。此外，儘管未對照Z方向加以標繪，但亦可使曲線在峰值之高度之間擬合，且亦可在Z維度上獲得比步階Z1、Z2、Z3精細之解析度。
應注意，最高峰值對應於Z3，其為一極值而非可用之Z值之一中間Z值，應瞭解，若自峰值之任一側獲得樣本，則將獲得Z值之較佳確定性。在一實務實施例中，可存在 三個以上Z位階。在任何情況下，均可將所展示之量測用作粗略結果，且可將基板台WT及感測器900移動至稍微不同位階，且固定於彼處，同時執行峰值912-2(針對深度Z2)為三個峰值中之最高者的量測。此外，因為該方法在量測期間(至少在精細結果階段)不涉及機械掃描，所以準確性得以改良。速度亦可得以改良。
圖12說明用於獲得針對不同Z值之並行量測而不移動感測器900的一技術。如在早先圖式中，圖12(a)展示感測器之一部分的縱向橫截面，而圖12(b)展示橫向橫截面。如前所述，提供某一形式之本體920，其容納在不透明層924中孔徑922下方的個別光偵測器元件904。將每一像素有效地置放於不同Z值處之修改係藉由插入折射率不同於環境之折射率的不同厚度之材料來變化相鄰孔徑與基準線940之間的光徑長度。在折射率為n 的情況下，實際距離dz 中之光徑長度為n.dz 。自然地，必須相對於所使用之輻射的實際波長及可代替空氣或真空存在之任何浸潤介質(水)的折射率計算光徑長度及折射率。
圖12(a)中並排地展示不同步階高度，而圖12(b)表示在對應於位階Z2之高度處通過步階942-2之小橫截面。其他步階高度係以摺線展示為942-1及942-3。
圖13展示具有光偵測器904之若干線的修改型感測器900。在此情況下，每一線具有其自身之Z值，例如，在深度Z1至Z4處之四個線。用以獲得結果EX及EZ之處理簡單地為關於圖11所描述之處理之版本，其適應於如下事實： 將用於每一Z值之孔徑/偵測器向彼此移置一已知量(尤其在X方向上)。因此，在X方向上之特定偏移可應用於來自像素之每一不同線的結果。可使用來自具有最強強度之線的EX值，或可使其全部與其個別偏移進行組合以達到約定準確EX值。
圖13(b)及圖13(c)展示橫越感測器900之四個Z值之實施，根據該實施，折射材料厚度之「階梯」(staircase)不是沿著該感測器之長度循環地重複，而是沿著該長度係恆定的，且沿著線C至C'自像素之不同線以四個步階前進。圖13(c)亦展示偵測器元件904現在橫向方向上以及在縱向方向上被再分。在兩個實施例(圖12、圖13)中，關於串擾、解析度、光俘獲等等之管理的問題適用，如同其在圖8至圖10之實例中的情況一樣。
圖14展示針對在Z方向上產生「階梯」之一對替代方法。在圖14(a)及圖14(b)兩者中，將產生孔徑922之不透明層施加於步階折射材料之頂部上，而非在其下方。圖14(b)亦展示如下實例：偵測器元件904係在基板本體950之頂部上，而非通過一本體材料被間隔成與孔徑及折射材料相距一距離。
作為一實例，折射材料可包含經蝕刻玻璃，或其可包含二氧化矽，諸如可藉由正常半導體處理而整合於光偵測器之頂部上。可應用所描述之措施之許多變化及排列，其均以將不同光徑長度自一像素賦予至另一像素為目的。代替階梯結構，尤其在圖13之實例中，可能更實務的是產生傾 斜楔形體量變曲線。若楔形體之角度係使得藉由稜鏡效應有效地移置光束，則可藉由信號處理中之偏移補償此移置以獲得真實X值。或者，將有可能以經預配置之Z傾斜度(被稱為針對圍繞X軸之旋轉的RX，或針對圍繞Y軸之旋轉的RY)安裝偵測器陣列，而非具有折射材料之楔形體。此情形將固有地將孔徑置放於相對於基板台WT之平面的不同高度處，而無特殊折射材料。代替變化該材料之厚度，可應用具有不同折射率的恆定厚度之材料。可分離地沈積不同材料，或可藉由摻雜不同部分來修改單一層之折射率。可甚至組合此等各種方法以達成光徑長度之所要變化。
圖15展示用以將不同的有效Z值賦予至偵測器本體920中之元件904陣列中之相鄰像素的另外方式，偵測器本體920既不傾斜，亦不具備折射材料之步階或楔形體。在此實例中，光罩對準標記M1、M2等等在960處經修改為包括具有變化Z高度之步階或楔形體。此修改可藉由如下方式達成：施加或蝕刻掉特定深度之玻璃或其他折射材料，或特定深度之可變摻雜材料及其類似者，如上文所描述。此情形之結果在於：空中影像AIM中之鄰近明線聚焦於稍微不同高度(在圖解中被標記為902-1(Z1)、902-2(Z2)、902-3(Z3)及902-4(Z4))處。因此，當將偵測器元件904之不同線之孔徑922在明線之空中影像之Z位階當中之某處的位階處呈現給空中影像時，可獲得關於四個Z誤差值EZ1至EZ4之相對量值的資訊，且擬合一曲線以自單一靜態量測步驟識 別Z誤差EZ。自然地，針對經特殊處理之光罩的需要使此實施例對於光學微影應用不太便利。
第三實施例
圖16展示第三類型之實施例，其中感測器1000包括經相對稀疏地置放之偵測器元件1004。如在先前實施例中，提供讀出電路1006及處理器1008。每一偵測器元件可包含用以收集良好量之光的線。每一元件可在一孔徑後方，或偵測器自身之性質可界定適當大小及形狀之有效孔徑。僅在X/Y方向上進行檢視，可看出，元件1004經相對稀疏地置放。在正交方向(進入頁面)上，元件1004可為連續線，或離散偵測器元件1004之線。在所說明之簡單實例中，未直接獲得Z資訊，但將不同Z路徑長度提供至不同偵測器之原理可與其在圖11至圖15之實施例中同樣地應用於此實施例中。出於此目的，元件1004可在正交方向上被再分。
在此情況下，光罩對準標記1060經配置以通過投影系統PS傳送一系列明線，其係藉由表示空中影像AIM之強度的強度量變曲線1002中之尖峰表示。此等明線之空間週期接近於但稍微不同於偵測器元件1004之間隔，使得一次僅一個元件可接收一明線之全部強度。此游標狀配置得到(諸如)在圖16之底部處之曲線圖中所說明的樣本值，自該等樣本值可推斷出曲線1012，且自該曲線之中心線1016可導出EX/EY之值。
變型及應用
如前文所提及，可獨立地或以組合形式在X及Y方向上 應用上文所描述之實施例之各種特徵。圖17說明感測器區塊1100，其含有形成用於X方向資訊之感測器1102及用於Y方向位置資訊之感測器1104的兩個精細光偵測元件陣列。此等感測器中之每一者經說明為具有類似於圖13之實例的形式，但可同樣地為在自圖8至圖16之實施例中之任一者中所說明之形式的感測器。讀出電路1106、1108將信號提供至處理器1110及1112。每一感測器1102、1104亦包括Z方向解析能力，且處理器1110及1112共同提供Z位置資訊(EZ)。讀出電路1106、1108及/或處理器1110及1112無需針對X方向及Y方向加以分離地提供，但可根據需要加以組合。
粗略對準感測器1120亦在感測器區塊1100上，其具有其自身之讀出電路1122及處理器1124。處理器1124輸出具有X、Y及Z分量之粗略誤差信號EC，其係藉由基板台定位系統PW使用以使精細感測器1102及1104與光罩對準特徵(在此情況下為明線1126、1128)對準。出於此目的，投影光罩對準圖案亦包括粗略對準特徵，諸如交叉特徵1130。可看出，一旦交叉特徵1130在中央對準於粗略對準感測器1120上，明線1126及1128隨即將位於其各別X感測器1102及Y感測器1104的中心，且沒有必要使基板台進一步移動來獲得精細讀數EX、EY、EZ。或者或另外，可藉由來自精細位置處理器1122、1124之信號觸發對粗略位置之校正，如藉由虛線箭頭所指示。
依據處理之複雜性，以及感測器之緊密性及成本，可在 所有此等變型之間達成之準確性中存在取捨。雖然將明線描述為對準特徵，但原則上亦可使用明場上之暗線。
亦可將精細量測光偵測器與粗略定位光偵測器進行整合，其經配置以回應於遍及EX、EY及/或EZ之較寬範圍的相同投影特徵，或回應於額外特徵。用於粗略定位之光偵測器可與用於精細定位之光偵測器完全分離，或可被共用。在偵測器之線針對精細量測以淺角度α加以配置的情況下，較寬偵測器之線可針對粗略俘獲及量測以較大角度加以配置，仍無需掃描移動。
圖18說明另外替代感測器區塊1150，其中感測器1152包含統一的二維光偵測器元件陣列。對於此實例，產生二維光罩對準圖案1154，例如，交叉線而非簡單平行線，且單一偵測器陣列可藉由適當處理來解析X資訊及Y資訊兩者。在給出足夠精細像素間距的情況下，類似於圖7之實例，該陣列可與X、Y柵格方形地對準。然而，出於上文所給出之原因，以一角度設定該陣列會放寬感測器間距要求且簡化信號處理。
可設想許多其他形式之標記及粗略定位系統，且所說明之實例決不意欲係限制性的。該實例亦不意欲按比例。出於實務原因，感測器區塊1100之範圍很可能顯著大於其內之感測器1102、1104。粗略對準感測器及其他感測器安裝於同一模組中時尤其為此情況。整個對準圖案之範圍可為大約一毫米或幾毫米。對準圖案自身中之特徵大小及間隔可為大約一微米或幾微米。藉由曲線擬合、平均化及其他 技術達成之空間解析度可比特徵大小精細，或比所使用之輻射的波長精細。在具有自然地較嚴格之定位要求之EUV或壓印裝置的情況下，特徵大小可仍較小。
熟習此項技術者應瞭解，如貫穿此章節所使用，孔徑可意謂單一線(亦即，單一矩形透射函數)以及更複雜線圖案(亦即，更複雜局域化透射函數，其平均起來類似於矩形透射函數)。
在一實施例中，將諸如感測器700、800、900、1000、1100及1150之感測器提供於基板台WT上之兩個、三個或四個位置處，以便同時讀取光罩對準標記M1至M4中之兩者或兩者以上。雖然可同時量測X及Y，但本發明可給出速度及準確性優點(即使在依序地或一次兩個地量測EX、EY及EZ之實施例中)。
雖然特定實施例使用以重複圖案或以平行線所交錯之不同像素來同時量測不同Z值，但更複雜交錯圖案係可能的(無論是在一維陣列中或是在二維陣列中)。用於在樣本之間變化光徑長度之另一選項將為移動折射元件，諸如分段輪或其他移動部分。然而，此情形將需要經設計成不干擾X量測及Y量測(若X量測及Y量測待同時嚴格地進行)。然而，可在一分離時間量測Z變化，且將保持不使用基板台或光罩台馬達用於在Z上掃描的益處。
雖然在隨後之實施例中說明及描述對準標記與感測器之間的直接投影，但可設想如下修改：其中出於某種原因，對準標記之投影在基板支撐件及圖案化元件或其支撐件中 之一者或另一者處反射，且感測器及對準標記兩者均在投影光學系統之同一側處。
熟習此項技術之閱讀者可基於本發明設想此等及許多其他變化。
應理解，先前實施例中之處理單元600可為如圖19所示之電腦總成。該電腦總成可為在根據本發明之總成之實施例中呈控制單元之形式的專用電腦，或者，為控制微影投影裝置之中央電腦。電腦總成可經配置以用於載入包含電腦可執行碼之電腦程式產品。此情形可在下載電腦程式產品時使電腦總成能夠控制具有影像對準感測器700、800等等之實施例之微影裝置的前述使用。
連接至處理器1227之記憶體1229可包含許多記憶體組件，比如硬碟1261、唯讀記憶體(ROM)1262、電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)1263及隨機存取記憶體(RAM)1264。並非需要存在所有前述記憶體組件。此外，前述記憶體組件不必實體地緊接於處理器1227或彼此緊接。其可經定位成相距一距離。
處理器1227亦可連接至某種類之使用者介面，例如，鍵盤1265或滑鼠1266。亦可使用為熟習此項技術者所知之觸控式螢幕、軌跡球、語音轉換器或其他介面。
處理器1227可連接至讀取單元1267，讀取單元1267經配置以自資料載體(比如軟碟1268或CDROM 1269)讀取(例如)呈電腦可執行碼之形式的資料且在一些情況下將資料儲存於該資料載體上。又，可使用為熟習此項技術者所知之 DVD或其他資料載體。
處理器1227亦可連接至印表機1270以在紙張上印出輸出資料以及連接至顯示器1271，例如，監視器或液晶顯示器(LCD)，或為熟習此項技術者所知的任何其他類型之顯示器。
處理器1227可藉由負責輸入/輸出(I/O)之傳輸器/接收器1273而連接至通信網路1272，例如，公眾交換電話網路(PSTN)、區域網路(LAN)、廣域網路(WAN)，等等。處理器1227可經配置以經由通信網路1272而與其他通信系統通信。在本發明之一實施例中，外部電腦(圖中未繪示)(例如，操作員之個人電腦)可經由通信網路1272而登入處理器1227。
處理器1227可實施為一獨立系統或實施為並行地操作之許多處理單元，其中每一處理單元經配置以執行較大程式之子任務。亦可將處理單元劃分為一或多個主處理單元與若干子處理單元。甚至可將處理器1227之一些處理單元定位成與其他處理單元相距一距離且經由通信網路1272進行通信。
已觀測到，儘管將圖19中之所有連接均展示為實體連接，但可使此等連接中之一或多者為無線的。其僅意欲展示「經連接」單元經配置成以某一方式彼此通信。電腦系統可為經配置以執行此處所論述之功能的具有類比及/或數位及/或軟體技術之任何信號處理系統。
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，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如製造整合光學系統、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，可認為本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更通用之術語「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。適用時，可將本文中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)以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語「基板」亦可指代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的使用，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，圖案化元件中之構形界定產生於基板上之圖案。可將圖案化元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，將圖案化元件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。對於壓印微影，不需要投影系統來將產品圖案自身自圖案化元件轉印至基板。然而，可使用光學系統來將對準圖案自圖案化元件投影至本文中所描述之類型之影像對準感測器。本發明不限於光 學微影。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、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奈米之範圍內的波長)；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。
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，本發明或在本發明內之特徵可採取如下形式：電腦程式，其含有描述上文所揭示之方法之機器可讀指令的一或多個序列；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述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。
300‧‧‧對準感測器
302‧‧‧對準輻射光束
304‧‧‧對準標記
310‧‧‧空中影像
312‧‧‧電子系統
400‧‧‧影像對準感測器
402‧‧‧光偵測器/光電二極體
404‧‧‧本體
406‧‧‧孔徑
408‧‧‧鉻金屬層/不透明層
412‧‧‧通過中央明線之中心的平面
414‧‧‧通過孔徑中之中央孔徑之中心的平面
420‧‧‧掃描路徑
500‧‧‧修改型光罩對準標記
502‧‧‧元件圖案區域
504‧‧‧修改型影像對準感測器
506‧‧‧修改型信號處理電路/本端信號處理電路/台上處理電路
600‧‧‧電腦/處理單元
602‧‧‧關聯儲存器
700‧‧‧影像對準感測器
702‧‧‧光偵測器元件/像素偵測器
704‧‧‧基板
706‧‧‧讀出電路
708‧‧‧信號處理器
710‧‧‧光罩對準標記
712‧‧‧用於空中影像AIM之強度分佈/強度量變曲線
714‧‧‧曲線
716‧‧‧曲線
800‧‧‧新穎感測器/處理器/影像對準感測器
802‧‧‧離散明線/空中影像/明線量變曲線
804‧‧‧光偵測器元件
806‧‧‧讀出電路
808‧‧‧處理電路/處理器
812‧‧‧擬合
814‧‧‧最大值曲線
820‧‧‧基板本體
822‧‧‧孔徑/孔徑條紋
824‧‧‧不透明層
830‧‧‧基板/本體/區塊
832‧‧‧輻射圓錐體
834‧‧‧輻射圓錐體
902-4‧‧‧明線
902-3‧‧‧明線
900‧‧‧感測器
902-2‧‧‧明線
902-1‧‧‧明線
902‧‧‧明線/空中影像
904‧‧‧光偵測元件/光偵測器元件
906‧‧‧讀出電路
908‧‧‧修改型信號處理器
912-3‧‧‧強度/樣本位置量變曲線/最強曲線
912-2‧‧‧強度/樣本位置量變曲線/較弱曲線/峰值
912-1‧‧‧強度/樣本位置量變曲線/較弱曲線
920‧‧‧偵測器本體
922‧‧‧孔徑
924‧‧‧不透明層
942-3‧‧‧步階高度
940‧‧‧基準線
942-2‧‧‧步階
942-1‧‧‧步階高度
950‧‧‧基板本體
1000‧‧‧感測器
1002‧‧‧強度量變曲線
1004‧‧‧偵測器元件
1006‧‧‧讀出電路
1008‧‧‧處理器
1012‧‧‧曲線
1016‧‧‧曲線之中心線
1060‧‧‧光罩對準標記
1100‧‧‧感測器區塊
1102‧‧‧精細感測器/X感測器
1104‧‧‧精細感測器/Y感測器
1106‧‧‧讀出電路
1108‧‧‧讀出電路
1110‧‧‧處理器
1112‧‧‧處理器
1120‧‧‧粗略對準感測器
1122‧‧‧讀出電路/精細位置處理器
1124‧‧‧處理器/精細位置處理器
1126‧‧‧明線
1128‧‧‧明線
1130‧‧‧交叉特徵
1150‧‧‧感測器區塊
1152‧‧‧感測器
1154‧‧‧二維光罩對準圖案
1227‧‧‧處理器
1229‧‧‧記憶體
1261‧‧‧硬碟
1262‧‧‧唯讀記憶體(ROM)
1263‧‧‧電可抹除可程式化唯讀記憶體(EEPROM)
1264‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
1265‧‧‧鍵盤
1266‧‧‧滑鼠
1267‧‧‧讀取單元
1268‧‧‧軟碟
1269‧‧‧CDROM
1270‧‧‧印表機
1271‧‧‧顯示器
1272‧‧‧通信網路
1273‧‧‧傳輸器/接收器
AD‧‧‧調整器
AIM‧‧‧空中影像
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束傳送系統
C‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
IAS1‧‧‧影像感測器/影像對準感測器
IAS2‧‧‧影像感測器/影像對準感測器
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
M3‧‧‧光罩對準標記
M4‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
P1‧‧‧基板對準標記/基板標記/對準標記
P2‧‧‧基板對準標記/基板標記/對準標記
P3‧‧‧基板標記/對準標記
P4‧‧‧基板標記/對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二定位器/定位子系統/基板台定位系統
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
圖1描繪根據本發明之一實施例的微影裝置；圖2為圖1之裝置中之基板台及基板的示意性平面圖，其展示可用於本發明之一實施例中的對準標記及感測器；圖3A至圖3C展示使用圖2之基板台之已知對準程序中的步驟； 圖4說明在圖3C所說明之步驟中影像對準感測器之操作原理；圖5說明根據本發明之一實施例所使用之圖案化元件上之新穎影像對準標記的配置及結構；圖6說明根據本發明之各種實施例的具有新穎影像對準感測器之修改型裝置；圖7說明根據本發明之第一實施例的影像對準感測器之操作原理；圖8、圖9及圖10說明根據本發明之第二實施例的影像對準感測器之各種操作形式及原理；圖11及圖12說明用以併有Z方向量測的圖8至圖10之實施例之修改；圖13說明併有Z方向量測之感測器之第二實例；圖14說明用於本發明之實施例中的感測器之結構之兩種變化；圖15說明藉由修改型圖案化元件而非修改型感測器實施Z方向量測的替代實施例；圖16說明根據本發明之第三實施例的影像對準標記及影像對準感測器之結構及原理；圖17說明在一感測器區塊中針對不同軸線的感測器之供應；圖18說明組合型多軸線感測器；及圖19說明可用於實施圖4至圖16之量測程序及曝光程序的電腦系統硬體。
800‧‧‧新穎感測器/處理器/影像對準感測器
802‧‧‧離散明線/空中影像/明線量變曲線
804‧‧‧光偵測器元件
806‧‧‧讀出電路
808‧‧‧處理電路/處理器
812‧‧‧擬合
814‧‧‧最大值曲線
820‧‧‧基板本體
822‧‧‧孔徑/孔徑條紋
AIM‧‧‧空中影像

Claims (15)

  1. 一種微影裝置，其經配置以將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上，該裝置包含：一圖案化子系統，其用於收納(receiving)該圖案化元件且將該圖案施加至被固持於一圖案化部位處之一基板；一基板支撐件，其用於在施加該圖案時固持該基板；至少一定位子系統，其用於使該基板支撐件、該圖案化子系統及該圖案化元件相對於彼此移動，使得將該圖案施加於該基板上之一準確已知部位處；及一量測子系統，其用於量測該基板相對於該圖案化部位之部位，且用於將量測結果供應至該定位子系統，其中該量測子系統包括：至少一感測器，其用於接收自一對準標記所投影之輻射，該感測器及該對準標記中之一者係與該圖案化元件相關聯且另一者係與該基板支撐件相關聯；及一處理器，其用於接收及處理來自該感測器之信號以解析該所投影之對準標記中之空間資訊，以建立用於量測該基板支撐件與該圖案化部位之間的位置關係的一參考，其中該感測器包含一光偵測器元件陣列，該等光偵測器元件在至少一維度上分離，使得該感測器及該處理器可操作以在執行建立該參考位置時之至少一最後步驟時將該基板支撐件及該圖案化元件固持成相對於彼此靜止。
  2. 如請求項1之裝置，其中該感測器包含以一線配置之至 少一光偵測器元件陣列，該線經定向成與該所投影之對準標記之一線之定向成一角度，該處理器自該陣列之信號計算在垂直於該所投影之對準標記中之該線之一維度上的一參考位置。
  3. 如請求項1之裝置，其中該感測器包含在一第一維度上間隔開之至少一光偵測器元件陣列，該處理器自該陣列之信號計算一所投影之對準標記在該第一維度上之位置，該所投影之對準標記包含在該第一維度上具有一稍微不同間隔之特徵。
  4. 2或3之裝置，其中提供複數個感測器以用於分別在不同維度上量測參考位置，例如，在大體上(generally)平行於一基板平面之兩個正交方向上量測參考位置。
  5. 2或3之裝置，其中該感測器包含複數個光偵測器元件，且該處理器經配置以根據自該對準標記之各別不同光徑長度來區分不同元件，藉此計算在平行於該投影系統之一光軸之一維度(Z)上的一參考位置。
  6. 如請求項5之裝置，其中該感測器經建構及/或安裝成在光偵測器元件之間賦予光徑長度差。
  7. 如請求項6之裝置，其中光偵測器元件之間的光徑長度差係藉由變化在該等元件前方所置放之材料之厚度及折射率中之一者或兩者賦予。
  8. 如請求項5之裝置，其中提供至少兩個光偵測器元件群組以用於分別在大體上平行於一基板平面之兩個正交方 向上量測參考位置，該等群組中之一者或兩者額外提供在平行於該投影系統之一光軸的一第三維度上之量測。
  9. 2或3之裝置，其中該感測器係與該基板支撐件相關聯，而該對準標記係與該圖案化元件相關聯。
  10. 2或3之裝置，其中該感測器可操作以同時在三個維度上量測參考位置，而該基板支撐件被固持成靜止。
  11. 一種元件製造方法，其包含將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上，該方法包含：提供一圖案化子系統，其用於收納該圖案化元件且將該圖案施加至被固持於一圖案化部位處的該基板之一部分；將該基板固持於一基板支撐件上；量測該基板相對於該圖案化部位之部位；操作該圖案化子系統，同時使用該量測步驟之結果來以一序列之移動使該基板支撐件、該圖案化子系統及該圖案化元件相對於彼此定位，使得將該圖案施加於該基板之一所要部分處；及根據該施加圖案來處理該基板以產生產品特徵，其中該量測步驟包括進行以下各者之一初步步驟：(i)使用一感測器來接收自一對準標記所投影之輻射，該感測器包含在至少一維度上分離之一光偵測元件陣列；及(ii)處理來自該感測器之信號以解析該所投影之對準標記中之空間資訊，以建立用於在至少該一維度上量測該基 板支撐件與該圖案化部位之間的位置關係的一參考，使得該感測器及該處理器在執行建立該參考位置時之至少一最後步驟時將該基板支撐件及該圖案化元件固持成相對於彼此靜止。
  12. 如請求項11之方法，其中提供至少兩個感測器以用於分別在大體上平行於一基板平面之兩個正交方向上量測參考位置，該等感測器中之一者或兩者額外提供在平行於該投影系統之一光軸的一第三維度上之量測。
  13. 如請求項11或12之方法，其中為了該初步步驟之效能，使該感測器與該基板支撐件相關聯，而使該對準標記與該圖案化元件相關聯。
  14. 如請求項13之方法，其中在該圖案化元件上給出相容對準標記的情況下，該(該等)感測器可在該初步步驟中操作以同時在三個維度上量測參考位置，而將該基板台及該圖案化元件固持成相對於彼此靜止。
  15. 一種電腦程式產品，其含有用於控制一微影裝置之機器可讀指令的一或多個序列，該等指令經調適以用於控制如請求項11至14中任一項之方法的該量測步驟及該定位步驟，使該裝置之一或多個可程式化處理器處理來自該感測器之信號以解析該所投影之對準標記中之空間資訊，以建立用於在至少一維度上量測該基板支撐件與該圖案化部位之間的位置關係的一參考，在將該基板支撐件固持成靜止時執行在建立該參考位置時之至少一最後步驟。
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