CN109791380B - 对准***的无热化 - Google Patents

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Abstract

一种对准***被配置为在对准测量期间对其***中的热变化基本上不敏感。对准***包括传感器***、支撑结构、感测元件、位置测量***、以及在感测元件与支撑结构之间的无热接口。传感器***被配置为确定衬底上的对准标记的位置，并且支撑结构被配置为支撑传感器***。感测元件被配置为检测支撑结构的无意位移，并且位置测量***被配置为基于检测到的无意位移来测量相对于参考元件的无意位移。无热接口被配置为防止由感测元件检测到支撑结构的温度引起的位移。

Description

对准***的无热化
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月4日提交的美国临时专利申请No.62/403,959的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及可以例如在光刻设备中使用的对准***。
背景技术
光刻设备是一种将期望图案施加到衬底的目标部分上的机器。例如，光刻设备可以用于制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用图案化装置(其替代地称为掩模或掩模版)来生成与IC的单个层相对应的电路图案，并且该图案可以成像到具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或几个管芯的部分)上。通常，单个衬底将包含连续曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓的步进器(其中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分)以及所谓的扫描仪(其中通过光束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案同时与该方向平行或反平行地扫描衬底来照射每个目标部分)。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案化装置转移到衬底。另一种光刻***是干涉光刻***，其中没有图案化装置，而是光束被分成两个光束，并且通过使用反射***使两个光束在衬底的目标部分处干涉。干涉引起线形成在衬底的目标部分上。
在光刻操作期间，不同的处理步骤可能需要在衬底上顺序形成不同的层。因此，可能需要相对于在其上形成的现有图案以高准确度定位衬底。通常，对准标记放置在衬底上以进行对准，并且相对于第二对象定位。光刻设备可以使用对准***来检测对准标记的位置并且使用对准标记对准衬底以确保从掩模的准确曝光。
对准***可以具有用于检测对准标记关于传感器***的测量轴线(例如，光轴)的位置的传感器***和用于检测测量轴线关于参考元件的任何无意位移的位置测量***。传感器***的一种类型的无意位移可能是由于在例如对准***或光刻设备的操作期间传感器***的机械振动。针对测量轴线的检测到的无意位移，与衬底台的位置相关的对准标记的检测位置被校正。
当前位置测量***的缺点之一在于，它感测传感器***的任何类型的无意位移作为测量轴线的位移并且针对这样的位移来校正对准标记的检测到的位置。然而，并非传感器***的所有类型的位移都导致测量轴线的位移。例如，由于传感器***的一个或多个部分的热膨胀导致的传感器***的位移不一定导致测量轴线的位移。可能由于来自例如对准***或光刻设备的操作的热效应的热膨胀可以关于测量轴线对称地发生。这样的对称的热膨胀可能在传感器***的一个或多个部分的热中心与测量轴线重合时发生。本体的热中心可以被定义为与本体相关联的空间中对本体的热膨胀不敏感的点位置。这样，基于传感器***的这样的对称的热位移来对对准标记的检测到的位置进行的校正可能导致衬底的未对准。
发明内容
因此，需要减少或基本上消除由于在对准***的操作期间在对准***中引起的热变化而导致的对准***中的测量灵敏度，以提高对准测量的准确度。
根据一个实施例，一种对准***包括传感器***、支撑结构、感测元件、位置测量***、以及在感测元件与支撑结构之间的无热接口。传感器***被配置为确定衬底上的对准标记的位置，并且支撑结构被配置为支撑传感器***。感测元件被配置为检测支撑结构的无意位移，并且位置测量***被配置为基于检测到的无意位移来测量相对于参考元件的无意位移。无热接口被配置为防止由感测元件检测到支撑结构的温度引起的位移。
在另一实施例中，一种光刻设备包括被配置为照射图案化装置的图案的照射光学***以及被配置为将图案的图像投射到衬底的目标部分上的投影***。该设备进一步包括对准***。对准***包括传感器***、支撑结构、感测元件、位置测量***、以及在感测元件与支撑结构之间的无热接口。传感器***被配置为确定衬底上的对准标记的位置，并且支撑结构被配置为支撑传感器***。感测元件被配置为检测支撑结构的无意位移，并且位置测量***被配置为基于支撑结构的检测到的无意位移来校正对准标记的所确定的位置。无热接口被配置为防止由感测元件检测到支撑结构的温度引起的位移。
在另一实施例中，一种对准***包括光学***、检测器、支撑结构、感测元件、位置测量***、以及在感测元件与支撑结构之间的无热接口。光学***被配置为将辐射束聚焦在衬底上的对准标记上，检测器被配置为确定对准标记的位置，并且支撑结构被配置为支撑光学***。感测元件被配置为检测支撑结构的无意位移，并且位置测量***被配置为基于支撑结构的检测到的无意位移来校正对准标记的所确定的位置。无热接口被配置为防止由感测元件检测到支撑结构的温度引起的位移。
下面参考附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。应当注意，本发明不限于本文中描述的具体实施例。这些实施例仅出于说明性目的而在本文中呈现。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是清楚的。
附图说明
并入本文中并且形成说明书一部分的附图示出了本发明，并且与说明书一起进一步用于解释本发明的原理并且使得相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。
图1A是根据本发明的一个实施例的反射性光刻设备的示意图。
图1B是根据本发明的一个实施例的透射性光刻设备的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的反射光刻设备的更详细的示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的光刻单元的示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的对准***的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的具有测量框架的对准***的示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的对准***的测量框架的示意图。
图7至图10是根据本发明的各种实施例的对准***的测量框架的各种安装取向。
图11是根据本发明的一个实施例的具有测量***的对准***的示意图。
通过下面结合附图阐述的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加明显，附图中的相同的附图标记始终表示相应的元件。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的、功能相似的和/或结构相似的元件。元件首次在其中出现的绘图由相应附图标记中的最左边的数字表示。除非另外指出，否则遍及本公开而提供的附图不应当被解释为按比例绘制。
具体实施方式
本说明书公开了包含本发明的特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附权利要求限定。
所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不一定包括特定的特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定是指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应当理解，结合其他实施例来影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识的范围内，而无论这些其他实施例是否被明确描述。
然而，在更详细地描述这样的实施例之前，呈现可以在其中实现本发明的实施例的示例环境是有益的。
示例性的反射性和透射性光刻***
图1A和图1B分别是其中可以实现本发明的实施例的光刻设备100和光刻设备100'的示意图。光刻设备100和光刻设备100'每个包括各自包括：被配置为调节辐射束B(例如，深紫外或极紫外辐射)的照射***(照射器)IL；被配置为支撑图案化装置(例如，掩模、掩模版或动态图案化装置)MA并且连接到第一***PM的支撑结构(例如，掩模台)MT，第一***PM被配置为准确地定位图案化装置MA；以及被配置为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到第二***PW的衬底台(例如，晶片台)WT，第二***PW被配置为准确地定位衬底W。光刻设备100和100'还具有被配置为通过图案化装置MA将被赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分(例如，包括一个或多个管芯)C上的投影***PS。在光刻设备100中，图案化装置MA和投影***PS是反射性的。在光刻设备100'中，图案化装置MA和投影***PS是透射的。
照射***IL可以包括用于引导、成形或控制辐射束B的诸如折射、反射、反射折射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件等各种类型的光学部件或其任何组合。
支撑结构MT以根据图案化装置MA关于参考系的取向、光刻设备100和100'中的至少一个的设计以及诸如图案化装置MA是否被保持在真空环境中等其他条件的方式来保持图案化装置MA。支撑结构MT可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置MA。支撑结构MT可以是框架或台，例如，其根据需要可以是固定的或可移动的。通过使用传感器，支撑结构MT可以确保图案化装置MA例如相对于投影***PS处于期望的位置。
术语“图案化装置”MA应当广义地解释为指代可以用于在其截面中向辐射束B赋予图案以便在衬底W的目标部分C中产生图案的任何装置。被赋予辐射束B的图案可以与在目标部分C中产生的用以形成集成电路的器件中的特定功能层相对应。
图案化装置MA可以是透射性的(如在图1B的光刻设备100'中)或反射性的(如在图1A的光刻设备100中)。图案化装置MA的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移等掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜以便反射在不同方向上入射的辐射束。倾斜的反射镜在由小反射镜矩阵反射的辐射束B中赋予图案。
术语“投影***”PS可以包括适合于所使用的曝光辐射或者适合于诸如衬底W上的浸没液体的使用或真空的使用等其他因素的任何类型的投影***，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学***、或其任何组合。真空环境可以用于EUV或电子束辐射，因为其他气体可能吸收太多的辐射或电子。因此，借助于真空壁和真空泵，可以为整个光路提供真空环境。
光刻设备100和/或光刻设备100'可以是具有两个(双台)或更多个衬底台WT(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加的衬底台WT，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其他衬底台WT进行曝光。在一些情况下，附加的台可以不是衬底台WT。
参考图1A和图1B，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源SO和光刻设备100、100'可以是分离的物理实体，例如，当源SO是准分子激光器时。在这种情况下，源SO不被认为形成光刻设备100、100'的一部分，并且辐射束B借助于包括例如合适的定向镜和/或扩束器的光束传输***BD(在图1B中)从源SO传递到照射器IL。在其他情况下，源SO可以是光刻设备100、100'的组成部分，例如当源SO是汞灯时。如果需要，源SO和照射器IL以及光束传输***BD可以被称为辐射***。
照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD(在图1B中)。通常，可以调节照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别被称为“σ-外部”和“σ-内部”)。另外，照射器IL可以包括各种其他部件(在图1B中)，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器IL可以用于调节辐射束B以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
参考图1A，辐射束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案化装置(例如，掩模)MA上，并且由图案化装置MA图案化。在光刻设备100中，辐射束B从图案化装置(例如，掩模)MA反射。在从图案化装置(例如，掩模)MA反射之后，辐射束B穿过投影***PS，投影***PS将辐射束B聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二***PW和位置传感器IF2(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以被准确地移动(例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中)。类似地，第一***PM和另一位置传感器IF1可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案化装置(例如，掩模)MA。图案化装置(例如，掩模)MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。
参考图1B，辐射束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案化装置(例如，掩模MA)上，并且由图案化装置图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投影***PS，投影***PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。投影***具有与照射***光瞳IPU共轭的光瞳PPU。部分辐射从照射***光瞳IPU处的强度分布发出并且穿过掩模图案而不受掩模图案处的衍射的影响，并且在照射***光瞳IPU处产生强度分布的图像。
借助于第二***PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以被准确地移动(例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中)。类似地，第一***PM和另一位置传感器(图1B中未示出)可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位掩模MA(例如，在从掩模库机械地取回之后或者在扫描期间)。
通常，掩模台MT的移动可以借助于形成第一***PM的部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WT的移动可以使用形成第二***PW的部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器(与扫描仪相对)的情况下，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管衬底对准标记(如图所示)占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(称为划线对准标记)。类似地，在掩模MA上提供有多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。
掩模台MT和图案化装置MA可以在真空室中，其中真空内机器人IVR可以用于将诸如掩模等图案化装置移入和移出真空室。可替代地，当掩模台MT和图案化装置MA在真空室外部时，与真空内机器人IVR类似，真空外机器人可以用于各种运输操作。真空内和真空外机器人都需要进行校准，以用于将任何有效载荷(例如，掩模)平稳地传送到传送站的固定运动安装件。
光刻设备100和100'可以以下列模式中的至少一种来使用：
1.在步进模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT保持基本静止，而赋予辐射束B的整个图案被一次投射到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后，衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得不同的目标部分C可以被暴露。
2.在扫描模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT被同步扫描，同时赋予辐射束B的图案被投射到目标部分C上(即，单个动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如，掩模台)MT的速度和方向可以由投影***PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。
3.在另一模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT保持基本静止，以保持可编程图案化装置，并且衬底台WT被移动或扫描，同时赋予辐射束B的图案被投射到目标部分C上。可以采用脉冲辐射源SO，并且在衬底台WT的每次移动之后或者在扫描期间在连续的辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案化装置。这种操作模式可以容易地应用于利用诸如可编程反射镜阵列等可编程图案化装置的无掩模光刻。
还可以采用所描述的使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。
在另一实施例中，光刻设备100包括被配置为生成用于EUV光刻的EUV辐射束的极紫外(EUV)源。通常，EUV源被配置在辐射***中，并且相应的照射***被配置为调节EUV源的EUV辐射束。
图2更详细地示出了光刻设备100，包括源收集器设备SO、照射***IL和投影***PS。源收集器设备SO被构造和布置为使得真空环境可以被保持在源收集器设备SO的封闭结构220中。EUV辐射发射等离子体210可以由放电产生等离子体源形成。EUV辐射可以由气体或蒸汽产生，例如Xe气体、Li蒸气或Sn蒸气，其中产生非常热的等离子体210以发射在EUV电磁波谱范围内的辐射。非常热的等离子体210通过例如引起至少部分地电离的等离子体的放电来产生。为了有效地生成辐射，可能需要例如10Pa的Xe、Li、Sn蒸气或任何其他合适的气体或蒸汽的分压。在一个实施例中，提供激发的锡(Sn)的等离子体以产生EUV辐射。
由热等离子体210发射的辐射经由可选的气体屏障或污染物捕集器230(在一些情况下也称为污染物屏障或箔捕集器)从源室211传递到收集器室212中，污染物捕集器230位于源室211中的开口中或后面。污染物捕集器230可以包括通道结构。污染物捕集器230还可以包括气体屏障或气体屏障和通道结构的组合。本文进中一步指出的污染物捕集器或污染物屏障230至少包括本领域已知的通道结构。
收集器室212可以包括辐射收集器CO，辐射收集器CO可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器CO具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。穿过收集器CO的辐射可以被反射离开光栅光谱滤波器240以聚焦在虚拟源点IF中。虚拟源点IF通常被称为中间焦点，并且源收集器设备被布置为使得中间焦点IF位于封闭结构220中的开口219处或附近。虚拟源点IF是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤波器240特别用于抑制红外(IR)辐射。
随后，辐射穿过照射***IL，照射***IL可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，其被布置为在图案化装置MA处提供辐射束221的期望角度分布以及在图案化装置MA处提供期望的辐射强度均匀性。在由支撑结构MT保持的图案化装置MA处的辐射束221的反射时，形成图案化的束226，并且图案化的束226由投影***PS经由反射元件228、230成像到由晶片台或衬底台WT保持的衬底W上。
照射光学器件单元IL和投影***PS中通常可以存在比所示元件更多的元件。可选地，可以存在光栅光谱滤光器240，这取决于光刻设备的类型。此外，可以存在比图中所示的反射镜更多的反射镜，例如，与图2所示的相比，在投影***PS中可以存在1-6个附加的反射元件。
如图2所示的收集器光学器件CO被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的嵌套收集器，仅作为收集器(或收集器反射镜)的示例。掠入射反射器253、254和255围绕光轴O轴向对称地设置，并且这种类型的收集器光学器件CO优选地与放电产生等离子体源(通常称为DPP源)组合使用。
示例光刻单元
图3示出了光刻单元300，有时也称为光刻单元或簇。光刻设备100或100'可以形成光刻单元300的一部分。光刻单元300还可以包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光的抗蚀剂的显影器DE、冷却板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理设备之间移动它们，并且然后将其传送到光刻设备的装载台LB。通常统称为轨道的这些装置受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身由监督控制***SCS控制，监督控制***SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。
根据实施例的对准***
图4示出了根据一个实施例的可以实现为光刻设备100或100'的一部分的对准***400的截面示意图。在一个示例中，对准***400可以被配置为将衬底(例如，衬底W)关于图案化装置(例如，图案化装置MA)对准。对准***400可以进一步被配置为检测衬底上的对准标记的位置，并且使用对准标记的检测到的位置来将衬底关于图案化装置或光刻设备100或100'的其他部件对准。衬底的这种对准可以确保衬底上的一个或多个图***曝光。
对准***400可以包括照射***412、传感器***414、位置测量***418和感测元件438。照射***412可以包括可调谐辐射源413，其被配置为提供具有一个或多个离散窄通带的电磁窄带辐射束420。根据一个实施例，一个或多个离散窄通带中的每一个可以具有期望的恒定中心波长(CWL)值和几纳米宽(例如，在约1nm至约12nm之间)的带宽。可调谐辐射源413可以被配置为在范围从约500nm到约900nm的连续且宽的波长范围内调谐一个或多个离散窄通带。可调谐辐射源413的可调谐性可以允许选择落在照射***中的当前可用的离散通带之间或之外的光谱间隙中的波长。
传感器***414可以被配置为接收辐射束420并且将作为辐射束420的一部分的辐射子束422引导到被放置在沿着方向428(例如，沿着X-轴)可移动的台426上的衬底424上。辐射子束422可以被配置为沿着传感器***414的测量轴线431照射形成在衬底424上的对准标记(也可以称为对准目标)430。测量轴线431可以与传感器***414的光轴对准。在一个示例中，对准标记430可以被涂有辐射敏感膜。在另一示例中，对准标记430可以具有180度对称性。也就是说，当对准标记430围绕垂直于对准标记430的平面的对称轴旋转180度时，旋转后的对准标记430可以与未旋转的对准标记430基本上相同。在一个示例中，对准标记430的对称轴与测量轴线431对准。
传感器***414可以进一步被配置为接收衍射辐射束432。在一个示例中，衍射辐射束432可以是当对准标记430的对称轴与测量轴线431对准时可以从对准标记430反射的辐射子束422的至少一部分。基于衍射辐射束432，传感器***414可以被配置为确定对准标记430的位置(例如，对准标记430的对称中心的位置)，并且因此检测衬底424关于第一参考元件(未示出)的位置。第一参考元件可以是对准***400、光刻设备100和100'或独立结构的任何部件。
位置测量***418可以被配置为接收信号434和436。信号434可以包括对准标记430和衬底424的检测到的位置的信息，并且信号436可以包括台426的位置的信息。台426的位置可以通过耦合到台426的台位置测量***440来检测。基于来自信号434和436的信息，位置测量***418可以被配置为将台426的位置与对准标记430和衬底424的位置相关联。这样，对准标记430的位置和衬底424的位置可以参考台426来被确定，并且这些位置可以存储在位置测量***418中包括的存储装置(未示出)或耦合到位置测量***418的处理单元(未示出)中。
位置测量***418可以进一步被配置为在确定对准标记430的位置时检测和校正误差，并且因此防止衬底424的未对准。该误差可能是由于测量轴线431在对准***400的操作期间从期望位置的无意位移。位置测量***418可以被配置为关于第二参考元件来测量测量轴线431从期望位置的无意位移。第二参考元件可以是对准***400、光刻设备100和100'或独立结构的任何部件。在一个示例中，第一参考元件和第二参考元件可以是两个不同的元件，或者可以是相同的元件。
为了检测由于测量轴线431的无意位移引起的这些误差，诸如感测元件438等一个或多个感测元件可以耦合到位置测量***418和传感器***414的支撑结构416。支撑结构416可以被配置为将传感器***414保持和耦合到对准***400和/或光刻设备100和100'的其他部件。感测元件438可以包括任何类型的位置传感器，诸如但不限于编码器、干涉仪、电容式正传感器或其任何组合。感测元件438可以被配置为检测支撑结构416相对于第二参考元件的任何无意的横向位移(例如，沿着X轴和/或Y轴)。在一些示例中，附加地或替代地，诸如感测元件438等感测元件可以耦合到传感器***414的其他部件，并且可以被配置为检测这些部件相对于第二参考元件的任何无意的横向位移(例如，沿着X轴和/或Y轴)。
基于由感测元件438检测到的无意的横向位移，位置测量***418可以被配置为测量位移并且校正存储在存储装置中的对准标记430的所确定的位置，并且因此校正台426的位置与对准标记430和衬底424的位置之间的相关性。
无意的位移可能是由于在例如对准***400或光刻设备100或100'的操作期间传感器***的机械振动。无意的位移也可能是由于支撑结构416在对准***400或光刻设备100或100'的操作期间在例如对准***400或光刻设备100或100'中引起的热效应导致的热膨胀。然而，由于支撑结构416和/或传感器***414的其他部件的热膨胀引起的位移不一定导致测量轴线431的位移。热膨胀可以关于测量轴线431对称地发生而不使测量轴线431从期望的位置发生位移。由于感测元件438与支撑结构416之间的接口关于测量轴线431不对称，感测元件438将这样的对称膨胀感测为测量轴线431的不对称横向位移。因此，由位置测量***418基于支撑结构416的这种对称热位移而对对准标记430的所确定位置进行的校正可能导致衬底424的未对准。
通过在感测元件438与支撑结构416之间引入无热对称接口，可以防止通过感测元件438的位移检测的这种误差并且因此防止通过位置测量***418的位移测量的误差。下面描述具有这样的非对称接口以提高由对准***进行的横向位移检测和测量的准确度的对准***的各种实施例。
根据第一实施例的具有测量框架的对准***
图5示出了根据一个实施例的可以实现为光刻设备100或100'的一部分的对准***500的截面示意图。对准***500在结构和功能上可以与对准***400类似。下面讨论对准***400和500之间的差异。
除了如上所述的照射***412、传感器***414、位置测量***418和感测元件438，对准***500还可以包括无热对称接口，其具有在感测元件438与支撑结构416之间的测量框架540和柔性安装件542。作为感测元件438与支撑结构416之间的接口的测量框架540和柔性安装件542的引入可以帮助防止上面参考对准***400讨论的误差。也就是说，这样的接口可以帮助防止在检测由于支撑结构416中的热变化引起的测量轴线431的横向位移时的误差。在一个示例中，测量框架540可以被定位在传感器***414周围，使得其对称轴与测量轴线431对准。测量框架540可以被构造成具有尺寸使得当测量框架540被定位在传感器***414周围时，传感器***414的外周边不与测量框架540的内周边接触。测量框架540可以包括具有的热膨胀系数(CTE)小于约5ppm/K的非磁性材料。在一些示例中，测量框架540可以包括具有的CTE约为0.02ppm/K的非磁性材料(例如，微晶玻璃、堇青石)。在其他示例中，测量框架540可以包括非磁性材料，其具有的CTE比支撑结构416中包括的磁性或非磁性材料的CTE小至少约5倍、约10倍、约50倍、约100倍、约200倍、约400倍或约1000倍。
柔性安装件542可以包括用于将测量框架540安装在支撑结构416上的三个柔性安装件。柔性安装件542可以关于测量轴线431径向布置。每个柔性安装件542可以被定位在距测量轴线431相等的距离处并且在距相邻柔性安装件相等的角距离处。在一些实施例中，每个柔性安装件542可以被附接到测量框架540并且被定位在支撑结构416上，使得测量框架540和/或支撑结构416的热中心与测量轴线431对准。每个柔性安装件542的第一端部542a可以刚性耦合到支撑结构416，并且每个柔性安装件542的与第一端部542a相对的第二端部542b可以刚性耦合到测量框架540。柔性安装件542可以被构造成使得每个柔性安装件542的拉伸和横向刚度高于其弯曲刚度。在一个示例中，每个柔性安装件542的拉伸和横向刚度与弯曲刚度的比率为约1:1000。在另一示例中，柔性安装件542可以被构造成使得每个柔性安装件542具有的刚度或杨氏模量高于测量框架540的刚度或杨氏模量。根据一个示例，每个柔性安装件542的刚度与测量框架540的刚度的比率可以大于或等于1000。在一个示例中，柔性安装件542可以包括板簧。在一些实施例中，柔性安装件542关于彼此或测量轴线431的材料、几何形状和/或取向被选择使得测量框架540和/或支撑结构416的热中心与测量轴线431对准。
图6中示出了根据一个实施例的对准***500的测量框架540和柔性安装件542的等距视图。柔性安装件542关于测量轴线431径向布置。测量框架540可以具有带开口644的圆形几何形状。传感器***414(如图5所示)可以被定位在开口644内。在不脱离本发明范围的情况下，测量框架540可以不限于如图6所示的圆形几何形状，而是可以具有任何几何形状(例如，矩形、三角形、椭圆形)。
柔性安装件542关于彼此和测量轴线431的取向在图7中进一步示出。图7的黑色实心圆表示柔性安装件542在支撑结构416(图7中未示出)上的位置，并且空心圆表示测量轴线431的位置。图7示出了定位在距测量轴线431相等的距离处并且在距相邻柔性安装件为120°的相等的角距离处的三个柔性安装件542中的每一个。应当注意，柔性安装件542可以包括任何m个柔性安装件，其中m大于2并且不限于上面讨论的三个柔性安装件。与图7类似，图8至图10示出了类似于柔性安装件542的两个、五个和八个柔性安装件的一些示例取向，其可以用于如图5所示将测量框架540安装在支撑结构416上。在图8至图10所示的取向上，每个柔性安装件被定位在距测量轴线431相等的距离处并且在距相邻柔性安装件相等的角距离处。
再次参考图5，测量框架540和柔性安装件542可以沿着测量轴线431对称地被定向。因此，在支撑结构416关于测量轴线431的任何对称热膨胀期间施加在柔性安装件542的第一端部542a上的力可以均匀地分布在支撑结构416上，而不会引起测量框架540的任何所得的横向位移。该力可能引起柔性安装件542向外弯曲，如虚线542*所示。由于与柔性安装件542的刚度相比的测量框架540的高刚度，柔性安装件542的这样的弯曲可能不会在测量框架540中引起任何横向位移。并且，在支撑结构416的热膨胀期间施加在柔性安装件542的第二端部542b上的弯曲力可以忽略不计，因为与支撑结构416的CTE相比，测量框架540由于其低CTE而不会热膨胀。因此，在支撑结构416的热膨胀期间，测量框架540的横向位移可以忽略。结果，感测元件438不会错误地将支撑结构416的热膨胀感测为支撑结构416和测量轴线431的无意的横向位移。因此，测量框架540和柔性安装件542有助于防止感测元件438检测到支撑结构416的温度引起的横向移动，并且因此与对准***400相比，改善对准***500中的位置测量***418的位移测量准确度。
根据第二实施例的具有测量框架的对准***
图11示出了根据一个实施例的可以实现为光刻设备100或100'的一部分的对准***1100的截面示意图。对准***1100可以在结构和功能上类似于对准***400和500。下面讨论对准***400、500和1100之间的差异。
对准***1100可以包括照射***412、传感器***414、位置测量***1118、感测元件1138、测量框架1140和柔性安装件1142。传感器***414可以包括光学***1146、光学***支撑结构1148、图像旋转干涉仪1150和检测器1152。光学***1146可以包括分束器1154和物镜1156。分束器1154可以被配置为接收辐射束420并且引导辐射子束1122，辐射子束1122是辐射束420的朝向物镜1154的一部分。物镜1156可以被配置为将辐射子束1122聚焦到被放置在沿着方向428(例如，沿着X轴)可移动的台426上的衬底424上。辐射子束1122可以被配置为沿着传感器***414的测量轴线431照射形成在衬底424上的对准标记430(也可以称为对准目标)。测量轴线431可以与图像旋转干涉仪1150和光学***1146的光轴对准。物镜1154可以进一步被配置为收集衍射辐射束1132并且将其传递到图像旋转干涉仪1150。在一个示例中，衍射辐射束1132可以是当对准标记430的对称轴与测量轴线431对准时可以从对准标记430反射的辐射子束1122的至少一部分。
图像旋转干涉仪1150可以被配置为接收衍射辐射束1132。在一个示例中，图像旋转干涉仪1150包括任何适当的一组光学元件，例如，可以被配置为基于所接收的衍射辐射束1132来形成对准标记430的两个图像的棱镜的组合。应当理解，不需要形成高质量的图像，而是应当分辨对准标记430的特征。图像旋转设备1150可以进一步被配置为关于两个图像中的另一图像将两个图像中的一个图像旋转180度，并且干涉地重新组合旋转的图像和未旋转的图像。
检测器1152可以被配置为从图像旋转干涉仪1150接收重新组合图像，并且当测量轴线431通过对准标记430的对称中心(未示出)时，检测作为重新组合图像的结果的干涉。这种干涉可能是由于对准标记430是180度对称的并且重新组合图像是建设性地或破坏性地干涉的。基于检测到的干涉，检测器1150可以进一步被配置为确定对准标记430的位置(例如，对准标记430的对称中心的位置)并且因此检测衬底424关于第一参考元件(未示出)的位置。第一参考元件可以是对准***1100、光刻设备100和100'或独立结构的任何部件。
位置测量***1118可以被配置为接收信号1158和436。信号1158可以包括对准标记430和衬底424的检测到的位置的信息，并且信号436可以包括台426的位置的信息。台426的位置可以通过耦合到台426的台位置测量***440来检测。基于来自信号1158和436的信息，位置测量***1118可以被配置为将台426的位置与对准标记430和衬底424的位置相关联。这样，对准标记430的位置和衬底424的位置可以参考台426来确定，并且这些位置可以存储在位置测量***1118中包括的存储装置(未示出)中或者存储在耦合到位置测量***1118的处理单元(未示出)中。
位置测量***1118可以进一步被配置为在确定对准标记430的位置时检测和校正误差，并且因此防止衬底424的未对准。该误差可能是由于测量轴线431在对准***1100的操作期间从期望位置的无意位移。位置测量***1118可以被配置为测量测量轴线431关于第二参考元件从期望位置的无意位移。第二参考元件可以是对准***1100、光刻设备100和100'或独立结构的任何部件。在一个示例中，第一参考元件和第二参考元件可以是两个不同的元件，或者可以是相同的元件。
为了检测由于测量轴线431的无意位移引起的这些误差，感测元件1138可以耦合到位置测量***1118和支撑结构1148。支撑结构1148可以被配置为将光学***1146保持和耦合到对准***1100和/或光刻设备100和100'的其他部件。感测元件1138在结构和功能上可以与上述感测元件438类似。基于由感测元件1138检测到的无意的横向位移，位置测量***1118可以被配置为测量位移并且校正存储在存储装置中的对准标记430的所确定的位置，并且因此校正台426的位置与对准标记430和衬底424的位置之间的相关性。
类似于对准***500的测量框架540和柔性安装件542，对准***1100的测量框架1140和柔性安装件1142可以被配置为在感测元件1138与支撑结构1148之间提供无热对称接口。这样的接口可以有助于防止上面参考对准***400讨论的在检测由于支撑结构1148中的热变化引起的测量轴线431的横向位移时的误差。由于存在这样的接口，感测元件1138不会错误地将支撑结构1148的热膨胀感测为支撑结构1148和测量轴线431的无意的横向位移。结果，感测元件1138可以被配置为对支撑结构1148的温度引起的横向位移基本上不敏感，并且因此提高对准***1100中的位置测量***1118的位移测量准确度。
测量框架1140和柔性安装件1142可以在结构、组成和功能上类似于测量框架540和柔性安装件542。而且，测量框架1140和柔性安装件1142可以以类似于上面参考图5至图10描述的测量框架540和柔性安装件542的方式关于测量轴线431布置。
尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如集成光学***、磁畴存储器的引导和检测模式、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。技术人员将理解，在这样的替代应用的上下文中，本文中的术语“晶片”或“管芯”的任何使用可以被视为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文中提到的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道(通常向衬底施加抗蚀剂层并且显影曝光的抗蚀剂的工具)、计量工具和/或检查工具中被处理。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他的衬底处理工具。此外，衬底可以被处理一次以上，例如以便产生多层IC，使得本文中使用的术语衬底也可以指代已经包含多个经处理的层的衬底。
尽管以上可以已经在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用进行了具体参考，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌限定在衬底上产生的图案。图案化装置的形貌可以被压入被提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后，将图案化装置移出抗蚀剂，以在其中留下图案。
应当理解，本文中的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，因此，本说明书的术语或措辞将由相关领域的技术人员鉴于本文中的教导来解释。
在本文所述的实施例中，上下文允许的术语“透镜”和“透镜元件”可以指代各种类型的光学元件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
此外，本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长λ为365、248、193、157或126nm)、极紫外(EUV或软X射线)辐射(例如，波长在5-20nm的范围内，诸如例如13.5nm)、或者在小于5nm下工作的硬X射线、以及粒子束，诸如离子束或电子束。通常，波长在约400至约700nm之间的辐射被认为是可见辐射；波长在约780-3000nm(或更大)之间的辐射被认为是IR辐射。UV是指波长约为100-400nm的辐射。在光刻技术中，术语“UV”也适用于可以由汞放电灯产生的波长：G线436nm；H线405nm；和/或I线365nm。真空UV或VUV(即，由气体吸收的UV)是指波长为约100-200nm的辐射。深UV(DUV)通常是指波长范围为126nm至428nm的辐射，并且在一个实施例中，准分子激光器可以生成在光刻设备中使用的DUV辐射。应当理解，波长在例如5-20nm的范围内的辐射涉及具有特定波段的辐射，其中至少部分波长在5-20nm的范围内。
本文中使用的术语“传感器***的位移”通常描述导致传感器***的测量轴线(例如，光轴)的横向移动的传感器***的运动。
本文中使用的术语“光学***的位移”通常描述导致光学***的测量轴线(例如，光轴)的横向移动的光学***的移动。
本文中使用的术语“衬底”通常描述其上添加有后续材料层的材料。在实施例中，衬底本身可以被图案化，并且在其上面添加的材料也可以被图案化，或者可以保留而没有图案化。
本文中使用的术语“基本接触”通常描述彼此物理接触但彼此仅略微分离(这通常由未对准公差引起)的元件或结构。应当理解，本文中使用的一个或多个特定特征、结构或特性(例如，“垂直对准”、“基本接触”等)之间的相对空间描述仅用于说明的目的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文中描述的结构的实际实现可以包括未对准公差。
本文中使用的术语“光学耦合”通常是指一个耦合元件被配置为直接或间接地将光传递给另一耦合元件。
本文中使用的术语“光学材料”通常是指允许光或光能在其中或通过其传播的材料。
本文中使用的术语“中心波长”通常是指通带的半峰全宽(FWHM)处的波长带之间的中点值。
本文中使用的术语“通带的FWHM”通常是指光传输是在通带的峰值波长处的光传输的50％的波长带。
本文中提到的术语“通带”可以定义为通过滤波器的波长带。
除非另有说明，否则本文中使用的术语“约”表示给定量的值变化该值的±10％。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式实践。本说明书不旨在限制本发明。
应当理解，详细描述部分而不是发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述发明人所预期的本发明的一个或多个但不是所有示例性实施例，因此，不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
上面借助于示出特定功能及其关系的实现的功能构建块描述了本发明。为了便于描述，本文中任意定义了这些功能构建块的边界。可以定义替代边界，只要适当地执行指定的功能及其关系。
具体实施例的以上描述因此将揭示本发明的一般性质，使得其他人可以在不脱离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域技术范围内的知识来容易地修改各种应用和/或使各种应用适应这样的具体实施例，而无需过多的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这样的适应和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。
本发明的广度和范围不应当受任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (25)

1.一种对准***，包括：
传感器***，被配置为确定衬底上的对准标记的位置；
支撑结构，被配置为支撑所述传感器***；
感测元件，被配置为检测所述支撑结构的无意位移；
位置测量***，被配置为基于所检测到的无意位移来测量相对于参考元件的无意位移；以及
无热接口，位于所述感测元件与所述支撑结构之间，所述无热接口被配置为防止由所述感测元件检测到所述支撑结构的温度引起的位移，
其中所述无热接口包括：
测量框架，位于所述传感器***周围；以及
两个或更多个柔性安装件，被配置为将所述测量框架安装在所述支撑结构上。
2.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述无热接口关于所述测量轴线对称。
3.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件关于所述测量轴线被径向布置。
4.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件被定位在距所述测量轴线相等的距离处。
5.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件被定位在距所述两个或更多个柔性安装件中的相邻柔性安装件相等的角距离处。
6.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述测量框架具有与所述测量轴线对准的对称轴。
7.根据权利要求1所述的对准***，其中所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件包括板簧。
8.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述测量框架具有第一刚度；以及
所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件具有小于所述第一刚度的第二刚度。
9.根据权利要求1所述的对准***，其中：
所述测量框架具有第一热膨胀系数；以及
所述支撑结构具有高于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数。
10.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第二热膨胀系数与所述第一热膨胀系数的比率大于5倍。
11.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第二热膨胀系数与所述第一热膨胀系数的比率大于10倍。
12.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第二热膨胀系数与所述第一热膨胀系数的比率大于100倍。
13.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第二热膨胀系数与所述第一热膨胀系数的比率大于400倍。
14.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第二热膨胀系数与所述第一热膨胀系数的比率大于1000倍。
15.根据权利要求9所述的对准***，其中所述第一热膨胀系数小于5ppm/K。
16.根据权利要求1所述的对准***，其中所述测量框架具有热膨胀系数小于5ppm/K的材料。
17.根据权利要求1所述的对准***，其中所述测量框架具有非磁性材料。
18.根据权利要求1所述的对准***，其中所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件包括第一端部和第二端部，所述第一端部和所述第二端部分别刚性耦合到所述支撑结构和所述感测元件。
19.根据权利要求1所述的对准***，其中所述传感器***包括：
测量轴线；以及
光轴，与所述测量轴线对准。
20.根据权利要求1所述的对准***，其中所述位置测量***进一步被配置为基于所述支撑结构的所测量的无意位移来校正所述对准标记的所述位置。
21.一种光刻设备，包括：
照射***，被配置为照射图案化装置的图案；
投影***，被配置为将所述图案的图像投射到衬底的目标部分上；以及
对准***，包括：
传感器***，被配置为确定所述衬底上的对准标记的位置；
支撑结构，被配置为支撑所述传感器***；
感测元件，被配置为检测所述支撑结构的无意位移；
位置测量***，被配置为基于所述支撑结构的所检测到的无意位移来校正所述对准标记的所确定的位置；以及
无热接口，位于所述感测元件与所述支撑结构之间，所述无热接口被配置为防止由所述感测元件检测到所述支撑结构的温度引起的位移，
其中所述无热接口包括：
测量框架，位于所述传感器***周围；以及
两个或更多个柔性安装件，被配置为将所述测量框架安装在所述支撑结构上。
22.一种对准***，包括：
光学***，被配置为将辐射束聚焦在衬底上的对准标记上；
传感器***，被配置为确定所述对准标记的位置；
支撑结构，被配置为支撑所述光学***；
感测元件，被配置为检测所述支撑结构的无意位移；
位置测量***，被配置为基于所述支撑结构的所检测到的无意位移来校正所述对准标记的所确定的位置；以及
无热接口，位于所述感测元件与所述支撑结构之间，所述无热接口被配置为防止由所述感测元件检测到所述支撑结构的温度引起的位移，
其中所述无热接口包括：
测量框架，位于所述光学***周围；以及
两个或更多个柔性安装件，被配置为将所述测量框架安装在所述支撑结构上。
23.根据权利要求22所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件关于所述测量轴线被径向布置。
24.根据权利要求22所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件被定位在距所述测量轴线相等的距离处并且在距所述两个或更多个柔性安装件中的相邻柔性安装件相等的角距离处。
25.根据权利要求22所述的对准***，其中：
所述传感器***包括测量轴线；以及
所述两个或更多个柔性安装件中的每个柔性安装件被定位在所述支撑结构上，使得所述无热接口或所述支撑结构的热中心与所述测量轴线对准。
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