TWI448831B - 位置感測器及微影裝置 - Google Patents

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Groot Antonius Franciscus Johannes De
Johannes Petrus Martinus Bernardus Vermeulen
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Asml Netherlands Bv
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Description

位置感測器及微影裝置 POSITION SENSOR AND LITHOGRAPHIC APPARATUS
本發明係關於一種位置感測器、一種包括此位置感測器之微影裝置，及一種關於此位置感測器之用途。
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。在此情況下，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的網路。習知微影裝置包括：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。
微影之當前趨勢趨向於產出率增加(亦即，每時間單位待處理之晶圓之數目增加)，及圖案之解析度增加(亦即，待提供至基板上之圖案之尺寸減小)。此等要求轉化成(例如)支撐基板之基板台之掃描速度增加，以及(例如)基板台、圖案化元件等等之定位之準確度增加。此速率增加可能需要使用相對輕型載物台(諸如基板載物台或光罩載物台)。在高速度及對應加速度之情況下，此等輕型結構可能會引起共振(換言之，不表現為剛體塊)。為了能夠對付此非剛體行為，已提議多重位置感測，以便獲得超定位置感測資訊，以藉此使能夠感測一部件(諸如基板台、圖案化元件支撐件，等等)之非剛體行為。關於非剛體行為(諸如關於共振、彎曲、膨脹，等等)所獲得之資料可應用於致動器控制系統中，以便補償及/或抵制此行為。
需要提供一種位置感測器，該位置感測器可整合至一緊密單元中，且其能夠提供在多個自由度中之位置量測。
根據本發明之一實施例，提供一種經組態以量測一目標之一位置資料之位置感測器，該位置感測器包括：一光源，該光源經組態以輻照一輻射光束，該輻射光束具有一傳播方向，一第一繞射方向及一第二繞射方向經界定為垂直於該輻射光束之該傳播方向且彼此垂直；一第一光柵，該第一光柵經組態以將該輻射光束繞射成至少一第一繞射光束，該至少一第一繞射光束歸因於該繞射而具有在該第一繞射方向上之一傳播方向分量；一第二光柵，該第二光柵係配置於該第一繞射光束之一光學路徑中，該第二光柵經組態以將在該第一光柵處繞射之該第一繞射光束繞射成至少一第二繞射光束，該至少一第二繞射光束歸因於該繞射而具有在垂直於該第一繞射方向之該第二繞射方向上之一傳播方向分量；該第二光柵係連接至該目標；一第一偵測器，該第一偵測器經組態以偵測已藉由該第一光柵繞射的該第一繞射光束之至少一部分；至少一第二偵測器，該至少一第二偵測器係用以偵測已藉由該第一光柵及該第二光柵繞射的該第二繞射光束之至少一部分。
在本發明之另一實施例中，提供一種經配置以將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上之微影裝置，該微影裝置包括：一載物台；及根據本發明之一態樣之至少一位置感測器，該至少一位置感測器經組態以量測該載物台之一位置。
在本發明之又一實施例中，提供一種經組態以量測一位置資料之位置感測器，該位置感測器包括：一光源，該光源經組態以輻照一輻射光束，該輻射光束具有一傳播方向，一第一繞射方向及一第二繞射方向經界定為垂直於該輻射光束之該傳播方向且彼此垂直；一第一光柵，該第一光柵經組態以將在一第一繞射方向上之該輻射光束繞射成至少一繞射光束，該至少一繞射光束歸因於該繞射而具有在該第一繞射方向上之一傳播方向分量；一第一回反射器，該第一回反射器係用以將該繞射光束反射回至該第一光柵，以便再次藉由該第一光柵繞射；至少一偵測器，該至少一偵測器係用以偵測已藉由該第一光柵繞射的該光束之至少一部分，其中該第一回反射器經組態以反射該繞射光束，以便在沿著該第一繞射方向所見之實質上同一位置處再次入射於該第一光柵上。
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輻射或任何其他適當輻射);圖案化元件支撐件或支撐結構(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元件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特定參數來準確地定位該基板之第二定位元件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，包括一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用以引導、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。
圖案化元件支撐件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。圖案化元件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化元件。圖案化元件支撐件可為(例如)框架或台，其可根據需要而為固定或可移動的。圖案化元件支撐件可確保圖案化元件(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，或適合於諸如浸沒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)或兩個以上基板台或「基板支撐件」(及/或兩個或兩個以上光罩台或「光罩支撐件」)的類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台或支撐件，或可在一或多個台或支撐件上進行預備步驟，同時將一或多個其他台或支撐件用於曝光。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可藉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。亦可將浸沒液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，在圖案化元件(例如，光罩)與投影系統之間的空間。浸沒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「浸沒」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括(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可包括經組態以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入射於被固持於圖案化元件支撐件(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。在橫穿圖案化元件(例如，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。憑藉第二定位元件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，第一定位元件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之路徑準確地定位圖案化元件(例如，光罩)MA。一般而言，可憑藉形成第一定位元件PM之部分的長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT之移動。類似地，可使用形成第二***PW之部分的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)之情況下，圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT可僅連接至短衝程致動器，或可為固定的。可使用圖案化元件對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化元件(例如，光罩)MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔用專用目標部分，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)。類似地，在一個以上晶粒提供於圖案化元件(例如，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，使圖案化元件支撐件(例如，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，同步地掃描圖案化元件支撐件(例如，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」相對於圖案化元件支撐件(例如，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，使圖案化元件支撐件(例如，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元件，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描繪經配置以感測目標TA之斜度TL之位置感測器的側視圖。位置感測器包括光源或輻射源，即，透射輻射光束(諸如在可見光、紅外線或紫外線波長中之單色光束)之透射器TR。透射器TR將光束發射至第一光柵GR1，第一光柵GR1經定位成實質上垂直於光束之方向。產生第一階繞射光束及負第一階繞射光束(可產生諸如零階之其他階，但未描繪該等階，而稍後將論述該等階)。第一階繞射光束及負第一階繞射光束在目標TA之表面上反射(藉助於反射及/或藉助於零階繞射效應)，藉此再次到達第一光柵GR1且再次藉由第一光柵GR1繞射。在此實施例中，第一階繞射入射於第一回反射器RFL1上，且行進(在該圖之透視圖中所見)同一路線而返回至第一偵測器SE1，藉此再次藉由第一光柵繞射達兩次。可藉由角隅反射鏡(corner cube)來形成回反射器，該等角隅反射鏡可規定在y方向上(亦即，在圖式平面中)平移所反射回之光束。倘若第一光柵GR1為2維(例如，交叉)光柵及反射平面，則提供另一回反射器架構。即，第一光柵GR1將在Y方向上偏轉光束，該光束又遭遇反射平面，且第一光柵GR1再次使光束彎曲朝向目標TA。獲得斜度敏感度：首先，如圖2所描繪，目標TA之傾斜TL將使藉由目標TA反射回之光束遍及第一光柵移位達(在此實例中)距離SH。藉此，在此傾斜期間，將歸因於光柵GR1之週期性性質而出現返回朝向第一偵測器SE1接收之(週期性)強度改變。其次，朝向回反射器之總路徑長度對於路徑中之一者(其中目標歸因於傾斜而向上移動)增加，且對於路徑中之另一者(其中目標歸因於傾斜而向下移動)減小。沿著兩個路徑之光束的組合將藉此導致相位差，從而導致藉由偵測器SE1接收之振幅改變。因為在此實施例中第一回反射器RFL1經組態以反射第一階光束，所以在此實施例中路徑長度及光柵之效應彼此相加，以便增加敏感度。路徑長度及相位差之效應的組合允許增加位置偵測之敏感度。此外，可能僅需要強度偵測，此情形使能夠利用光電二極體(亦即，穩定、便利且低成本的項目)作為偵測器。振幅改變允許將光電二極體而非位置敏感元件用於偵測，因此實現無線感測。回反射器經配置以在與光束之繞射實質上相同的位置處在光束到達回反射器之前將光束反射回至第一光柵，如在藉由第一光柵之繞射所繞射的方向上所見。如下方向在此文件中亦被稱作第一繞射方向：藉由第一光柵之繞射朝向該方向繞射，使得經繞射光束獲得在該方向上之分量。在自透射器至回反射器之路線上由光束所遭遇之相位效應及/或路徑長度效應將實質上再次出現於自回反射器至偵測器之光學路徑中，此情形可正面地影響位置感測器之敏感度。
圖3展示透視圖且描繪對圖2之實施例的變化。此處，偏離於圖2所描繪之實施例，經兩次繞射光束之第一階及負第一階兩者係藉由回反射器(在此實例中為角隅反射鏡)反射，促成結果之組合係藉由第一偵測器SE1接收。此處使用光柵之週期性特性之上述效應作為與負第一階之減小組合的第一階繞射之增加，且反之亦然。因為施加光柵GR1上之第一繞射之第一階繞射光束及負第一階繞射光束中之僅一者，所以抵消路徑長度變化效應。
圖4描繪如參看圖2所描述之同一感測器，然而，另外已添加干涉計，干涉計之光束在來自透射器之光束之第一繞射處係藉由零階繞射光束形成。為了達成斜度不敏感度(以及增加在z方向上之量測的敏感度)，干涉計經配置以將干涉計光束反射至目標上達兩次。圖4所描繪之組態實現目標之垂直位置(亦即，在Z方向上)以及目標TA之斜度的量測，因此提供平面外(亦即，在水平XY平面外)量測。圖5中更詳細地描繪干涉計之實施例。來自第一光柵GR1之零階繞射光束通過延遲器(retarder)RET及第一光束***器BS1。此處，光束***成經由回反射器IRFL(例如，角隅反射鏡)及四分之一λ板而引導至干涉計偵測器ISE之參考光束，及經由第二光束***器BS2而行進至目標TA之表面之光束(該光束在該表面處反射)。經反射光束係藉由第二光束***器BS2引導至另一回反射器IRFL，回反射器IRFL將光束反射回至第二光束***器BS2，然而，光束經平移成使得在藉由第二光束***器反射之後，其再次藉由目標反射，然而，相對於其他反射被平移。接著，光束通過第二光束***器BS2，且係藉由第一光束***器BS1反射至偵測器ISE。提供四分之一λ板及二分之一λ板(如所描繪)。倘若目標TA為光柵，則其可影響光束偏振，且以此方式可促成藉由四分之一λ板針對之效應，從而得到又一設置。
在揭示如何可添加另外自由度之感測之前，揭示圖2及圖3所描繪之斜度感測器的一些替代實施例。圖6A描繪感測器之實施例，藉以，代替反射目標而使用(部分)透射目標。來自透射器TR之光束首先傳遞通過目標之透射部件。接著，光束在第一光柵GR1上反射(在此實施例中，第一光柵GR1係反射的，且經組態以在光束以及第一階繞射光束及負第一階繞射光束已通過目標之透射部件之後將光束以及第一階繞射光束及負第一階繞射光束反射回至目標之透射部件)。接著，第一階反射光束及負第一階反射光束係藉由回反射器RFL1反射，以便以類似方式行進回至第一偵測器SE1，藉此再次藉由光柵GR1繞射。由於目標TA之透射部件之傾斜TL，光束入射於光柵GR1上之位置歸因於目標TA上之入射角及折射率改變而位移，此情形導致第一階繞射光束及負第一階繞射光束之強度改變，此改變接著藉由偵測器SE1偵測。
圖6B中描繪另一替代實施例。此處，可再次應用目標TA之透射部件或連接至目標TA之透射部件。然而，類似於圖2及圖3中之實施例，第一光柵GR1然而定位於透射器TR及第一偵測器SE1側處。來自透射器之光束係藉由第一光柵GR1繞射，第一階繞射光束及負第一階繞射光束通過目標TA之透射部件，且在反射表面RFS上反射。經反射光束再次傳遞通過透射部件，且再次藉由第一光柵GR1繞射。在圖6B中，負第一階繞射光束係藉由第一回反射器RFL1反射回，且行進同一路線而返回至第一偵測器SE1，藉此藉由第一光柵GR1繞射達兩次。然而，出於與針對圖2所給出之原因相同的原因，可代替負第一階繞射光束而施加第一階繞射光束。獲得斜度敏感度，此係因為：當使目標TA(目標TA之透射部件或連接至目標TA之透射部件)傾斜時，經繞射光束相對於第一光柵GR1位移，據此藉由同樣地包括如圖6A所示之入射角及折射率效應而增強解析度。反射表面RFS可變為目標TA之部分，例如，在頂部表面處。應瞭解，當將RFS置放於底部表面處時，獲得圖2之組態，因此消除入射角及折射率之效應。此外，此處可同樣地應用如圖3所描繪之組態。
圖6C中描繪又一替代實施例。在此實施例中，光柵GR1係反射的，且提供於目標之透射部件之表面上。行進通過目標之透射部件的光束係藉由第一光柵GR1繞射及反射，且行進至提供於目標TA之透射部件之對置表面處的輔助光柵GRA，但可同樣地被提供為目標TA之對應物之部分。此處，光束再次被繞射，且行進(可能地再次經由回反射器及光柵GRA)類似路徑而返回至偵測器SE1。由於目標之傾斜TL，達成在光柵GR1上光束之位移，從而導致如上文所描述之類似效應。
應理解，在根據圖6A至圖6C之實施例中，透射部件可形成目標之部分，但或者可連接至目標。
如圖6A至圖6C所描繪且參看圖6A至圖6C所描述之實施例可與如參看圖4及圖5所描繪且描述之相同或類似干涉計組態進行組合，以便將Z位置量測加至斜度量測。此外，應理解，目標之透射部件之折射率不同於周圍介質之折射率，以便達成藉由透射部件之折射(如所描繪)。
應注意，在根據圖2、圖3、圖6A至圖6C之實施例中之任一者中，代替添加干涉計，亦可藉由此等圖中所揭示之感測器來量測z位置作為在z方向上之平移，從而導致在水平方向上光柵上之光束之移位。在使用多個所描述感測器之情況下，在z方向上之斜度及位置可與藉由此等感測器提供之多個量測分離。更進一步，在所描述實施例中，可藉由另一感測器(諸如電容性感測器、聲學感測器或線性光學感測器)來量測z位置。
可應用圖2、圖3、圖6A至圖6C所描繪且參看圖2、圖3、圖6A至圖6C所描述之實例以藉由複製垂直於所示組態之所揭示組態而量測圍繞X軸以及圍繞Y軸之斜度(亦即，在微影術語中，量測「偏角」及「斜度」)。另外，可應用二維第一光柵GR1，以便將來自透射器之光束繞射朝向x方向(作為繞射方向)以及朝向y方向(作為繞射方向)。
在微影裝置中圖6A至圖6C之實施例之應用的實例可包括：可應用根據圖6A之實施例以量測相對於長衝程之短衝程位置；藉此藉由短衝程提供目標，而在長衝程處提供第一光柵、偵測器及回反射器。藉此，第一光柵GR1可同樣地提供於微影裝置之度量衡框架MF或其他參考結構上。可應用根據圖6B之實施例以量測相對於長衝程之短衝程位置(藉此，藉由短衝程提供目標，而在長衝程處提供第一光柵、偵測器及回反射器)。藉此，反射表面RFS可同樣地提供於微影裝置之度量衡框架MF或其他參考結構，或短衝程或長衝程上。在此應用中，根據圖6A及圖6B之實施例兩者均提供相對於參考結構(諸如度量衡框架或長衝程)的目標之量測，因此提供相對於參考結構(諸如度量衡框架或長衝程)的短衝程之量測。亦可應用如圖6C所描繪且參看圖6C所描述之實施例以量測短衝程位置，然而，該實施例提供相對於長衝程之短衝程位置之量測的實例。另外，光柵GR1及透射部件係提供於短衝程上，而偵測器SE1係提供於長衝程上。
類似地，圖2、圖3、圖6A至圖6C所描繪且參看圖2、圖3、圖6A至圖6C所描述之實施例可應用於(例如)短衝程至長衝程度量衡、短衝程至度量衡框架(或其他參考結構)度量衡及/或長衝程至度量衡框架(其他參考結構之度量衡框架)度量衡中。在此等組態中，各種度量衡組件(例如，TR、SE1、GR1、TA)可置放於不同結構處。作為短衝程至度量衡框架度量衡之實例：透射器TR及偵測器SE1置放於平衡塊上，光束操控光學器件及回反射器RFL1置放於長衝程上，光柵GR1置放於短衝程上，且反射表面RFS置放於度量衡框架上。
現將參看圖7來描述6自由度感測器之實例。圖7描繪位置感測器之實施例的俯視圖。透射器TR、第一偵測器SE1及第一回反射器RFL1可對應於參看圖2所描繪且描述之透射器、第一偵測器及第一回反射器。第一光柵GR1上之繞射提供第一繞射光束，該等第一繞射光束包括第一階繞射及負第一階繞射，其已獲得在x方向上之方向分量。另外，目標(其在圖2及對其之描述中被稱作反射的)具備第二(在此實例中為反射)光柵GR2。藉由第二光柵GR2中之每一者的零階繞射遵循如圖2所描繪且參看圖2所描述之路徑，且到達偵測器SE1處以提供平面外(亦即，在x/y平面外)位置感測(諸如斜度或z位置)。提供第二回反射器RFL2，第二回反射器RFL2經組態以經由第一光柵GR1(諸如在圖2中針對斜度度量衡所描繪)而自第二光柵GR2(亦被稱作第二繞射光束)反射第一階繞射及負第一階繞射。此等繞射已歸因於該繞射而獲得在y方向上之方向分量。起源於與第一光柵GR1之第二次遭遇的在y方向上之第一繞射階中之一者係藉由回反射器反射。應注意，在第二次遭遇之位置處的第一光柵GR1之光柵結構鑒於ry相對於y度量衡而相對於彼此垂直。為此，可應用兩個垂直光柵以及一個交叉光柵(亦即，二維光柵)。此等回反射器RFL2強加在x方向(亦即，垂直於量測方向)上之移位，以在使光束第三次返回至第一光柵GR1且返回至第二光柵以再次藉由第二光柵繞射之前使入射光束及返回光束分離。經繞射光束各自係藉由第二偵測器SE2偵測。在Y方向上目標之位移將導致圖案GR2在Y方向上位移，此情形將影響在第二光柵處之第一階繞射及負第一階繞射，此影響因此係藉由第二偵測器SE2偵測為週期性信號(週期性係藉由第二光柵GR2之圖案的週期性判定)。應理解，對於在Y方向上位置之量測，僅一個第二偵測器及一個第二光柵將足夠。然而，在所描繪實施例中，在圖式平面中(亦即，相對於z軸)目標之旋轉可自藉由兩個第二偵測器SE2之量測之間的差導出。
在根據圖7之實施例中，第一光柵可包括二維光柵(例如，交叉光柵)。藉此，在第一光柵處之繞射不僅提供延伸於x方向上之光束，而且提供延伸於y方向上之光束。複製經施加90度旋轉(在x-y平面中且圍繞透射器TR)之感測器架構(包括第一回反射器RFL1、第一偵測器SE1、第二光柵GR2及第二回反射器RFL2)會提供另外第一回反射器RFL1、另外第一偵測器SE1、另外第二光柵GR2及另外第二回反射器RFL2，其可提供rx之量測(藉由另外第一偵測器SE1)、藉由另外偵測器SE2的x及rz之量測。添加如參看圖4及圖5所揭示之干涉計或以繞射為基礎之光學器件替代例(其中在z上之平移導致在第一光柵GR1上光束之水平移位)允許組合式6自由度位置量測。用於第二光柵GR2之二維光柵的應用允許鑒於週期性結構可用性的在x方向及y方向上之(理論上)無限量測範圍。回至微影裝置中之應用，可提供如此獲得之感測器之單一感測器，以量測可移動部件(諸如微影裝置中之載物台)之位置。然而，歸因於潛在緊密性質及低組件計數(因此，潛在相對低成本)，亦有可能的是，在載物台之各種部件處提供複數個此等感測器，藉此允許獲得關於載物台之撓曲、共振及其他非剛體行為的資訊。
可藉由將光束反射至目標上達複數次來增強如圖5所描繪且參看圖5所描述之干涉計之敏感度。另外，可提供複數個光束***器及鏡面，該複數個光束***器及鏡面可提供一重複結構，每一重複將光束反射於目標上。在圖8A所描繪之實施例中，除了類似於根據圖5之組態的光束***器及回反射器以外，鄰近於第二光束***器BS2之回反射器亦藉由兩個光束***器及兩個鏡面上之重複替換，每一重複經組態以將光束反射於目標上達兩次。在一個、兩個或兩個以上重複之此鏈的末端處，提供反射器以為使光束經由重複結構行進回而配置，藉此再次反射至目標上達複數次。在圖8B中，代替分離光束***器及分離鏡面，第二光束***器BS2已藉由第二光束***器BS2及第三光束***器BS3之總成替換，第二光束***器BS2及第三光束***器BS3之***表面在相對於彼此成實質上90度之角度下以V形組態進行配置，且經組態成使得自目標反射至第二光束***器上之光束可反射至第三光束***器且自此再次反射至目標。類似地，提供包括經配置為相對於彼此成實質上90度之鏡面的V形鏡面組態，該V形鏡面組態反射通過第二光束***器至第三光束***器(且反之亦然)之光束。V形鏡面組態之中心軸線相對於V形光束***器組態之中心軸線偏移，使得光束至目標上之順次反射偏移。圖8C中描繪另一組態。在圖8C所描繪之實施例中，除了類似於根據圖5之組態的光束***器及回反射器以外，鄰近於第二光束***器BS2之回反射器亦藉由光束***器及水平鏡面之重複替換，每一重複經組態以將光束反射於目標上達一次。在諸如一個、兩個或兩個以上重複之鏈的末端處，提供反射器以為使光束經由重複結構行進回而配置，藉此再次反射至目標上達複數次。水平鏡面可組合成單一鏡面以允許緊密且穩定的設置。如圖8A至圖8C所描繪之組態可圍繞z軸(亦即，圍繞度量衡軸線)以每「光束***器配置」而分離地旋轉，例如，以便獲得更緊密的解決方案或提供改良的偏角/斜度不敏感度。
在此文件中，術語「位置」應被理解為包括在任一自由度(亦即，x、y、z、rx、ry、rz或其兩個或兩個以上之任何組合)中之位置。術語「光束」應被理解為包括任何種類之輻射光束，包括(但不限於)可見光輻射、紅外線輻射、紫外線輻射。在圖2至圖8所描繪之實施例中，x方向通常可被理解為第一繞射方向之實例，而y方向可被理解為第二繞射方向之實例。在此等實施例中，來自源之輻射光束之傳播方向遵循z方向。如實施例中所描繪，第一光柵及/或第二光柵實質上延伸於xy平面中，因此延伸於第一繞射方向及第二繞射方向之平面中。可應用任何其他配置。表達「在繞射方向上之繞射」或「朝向繞射方向之繞射」應被理解為如下繞射：藉以，歸因於該繞射而更改光束之方向，以便獲得在繞射方向上之方向分量。在圖2、圖3及圖6A至圖6C所描繪之實例中，繞射方向因此應被理解為在圖式平面中自左至右(或自右至左)之方向，此係因為入射於光柵上的來自透射器之垂直光束提供第一階繞射光束(及/或負第一階繞射光束)，該繞射光束已獲得具有水平(左至右或右至左)方向分量之方向。
貫穿圖2至圖7，第一階繞射通常被稱作+1，而負第一階繞射通常被稱作-1。
通常，第一繞射光束及第二繞射光束應被理解為第一階繞射光束(及/或負第一階繞射光束)，然而，亦可提供第二階繞射或較高階繞射。
術語「繞射」應被理解為包括反射繞射及/或透射繞射。
可組合不同圖之部分，從而導致新的定製量測設置。據此獲得每組態量測單一或高達六個自由度之度量衡組態。
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(topography)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。
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。
AD．．．調整器
B．．．輻射光束
BD．．．光束傳送系統
BS．．．光束***器
BS1．．．第一光束***器
BS2．．．第二光束***器
BS3．．．第三光束***器
C．．．目標部分
CO．．．聚光器
GR1．．．第一光柵
GR2．．．第二光柵
GRA．．．輔助光柵
IF．．．位置感測器
IL．．．照明系統/照明器
IN．．．積光器
IRFL．．．回反射器
ISE．．．干涉計偵測器
M1．．．圖案化元件對準標記
M2．．．圖案化元件對準標記
MA．．．圖案化元件
MT．．．圖案化元件支撐件
P1．．．基板對準標記
P2．．．基板對準標記
PM．．．第一定位元件
PS．．．投影系統
PW．．．第二定位元件/第二***
RET．．．延遲器
RFL1．．．第一回反射器
RFS．．．反射表面
SE1．．．第一偵測器
SE2．．．第二偵測器
SH．．．距離
SO．．．輻射源
TA．．．目標
TL．．．斜度/傾斜
TR．．．透射器
W．．．基板
WT．．．基板台
圖1描繪可經體現有本發明之微影裝置；
圖2描繪根據本發明之一實施例之位置感測器的示意圖；
圖3描繪根據本發明之另一實施例之位置感測器的示意圖；
圖4描繪根據本發明之又一實施例之位置感測器的示意圖；
圖5描繪根據圖4之位置感測器之部件的詳細視圖；
圖6A至圖6C描繪根據本發明之另外其他實施例之位置感測器的示意圖；
圖7描繪根據本發明之再一實施例之位置感測器的示意圖；及
圖8A至圖8C描繪根據本發明之另外其他實施例之位置感測器的示意圖。
GR1．．．第一光柵
RFL1．．．第一回反射器
SE1．．．第一偵測器
SH．．．距離
TA．．．目標
TL．．．斜度/傾斜
TR．．．透射器

Claims (28)

  1. 一種經組態以量測一目標之一位置資料之位置感測器，該位置感測器包含：一輻射源，該輻射源經組態以提供一輻射光束，該輻射光束具有一傳播方向；一第一光柵，該第一光柵經組態以將該輻射光束繞射成至少一第一繞射光束，該至少一第一繞射光束具有在實質上垂直於該傳播方向之一第一繞射方向上之一傳播方向分量；一第二光柵，該第二光柵係配置於該第一繞射光束之一光學路徑中，該第二光柵經組態以將在該第一光柵處繞射之該第一繞射光束繞射成至少一第二繞射光束，該至少一第二繞射光束具有在實質上垂直於該第一繞射方向且垂直於該傳播方向之一第二繞射方向上之一傳播方向分量，該第二光柵係連接至該目標；一第一偵測器，該第一偵測器經組態以偵測藉由該第一光柵繞射的該第一繞射光束之至少一部分；及一第二偵測器，該第二偵測器經組態以偵測藉由該第一光柵及該第二光柵繞射的該第二繞射光束之至少一部分。
  2. 如請求項1之位置感測器，其進一步包含：一第一回反射器(retroreflector)；一前向光學路徑，該前向光學路徑係經由藉由該第一光柵之至少一第一階繞射及藉由該第二光柵之一個零階 繞射而自該輻射源提供至該第一回反射器；及一反向光學路徑，該反向光學路徑係經由藉由該第二光柵之一個零階繞射及藉由該第一光柵之至少一第一階繞射而自該第一回反射器提供至該第一偵測器。
  3. 如請求項2之位置感測器，其中該第一回反射器經組態以反射該入射第一階繞射光束，以便在沿著該第一繞射方向所見之實質上同一位置處再入射於該第一光柵上。
  4. 如請求項2或3之位置感測器，其進一步包含：一第二回反射器；一第二前向光學路徑，該第二前向光學路徑係經由藉由該第一光柵之至少一第一階繞射及藉由該第二光柵之一第一階繞射而自該輻射源提供至該第二回反射器；及一第二反向光學路徑，該第二反向光學路徑係經由藉由該第二光柵之一第一階繞射及藉由該第一光柵之至少一第一階繞射而自該第二回反射器提供至該第二偵測器。
  5. 2或3之位置感測器，其進一步包含兩個第二光柵及兩個第二偵測器。
  6. 2或3之位置感測器，其中該第一光柵包含一個二維柵格，該二維柵格經組態以將該光束繞射成各別第一繞射光束，該等第一繞射光束具有分別在該第一繞射方向及該第二繞射方向上之傳播方向分量，該位置感測器進一步包含：一另外第二光柵，該另外第二光柵係配置於在該第一 光柵處繞射之該第一階繞射光束之一光學路徑中，以便獲得在該第二繞射方向上之該傳播方向分量，該另外第二光柵經組態以繞射在該第一光柵處繞射之該第一階繞射光束，以便獲得在該第一繞射方向上之一傳播方向分量，該另外第二光柵係連接至該目標；及一另外第二偵測器，該另外第二偵測器經組態以偵測藉由該第一光柵及該另外第二光柵繞射的該光束之至少一部分。
  7. 2或3之位置感測器，其進一步包含一干涉計，該干涉計之一輸入光束係藉由該第一光柵之一個零階繞射光束提供。
  8. 如請求項7之位置感測器，其中該干涉計包含雙光束***器及雙干涉計回反射器，且經組態以將該干涉計光束反射於該目標上達兩次。
  9. 如請求項7之位置感測器，其中該干涉計包含複數個光束***器以將該光束反射至該目標上達至少三次。
  10. 2或3之位置感測器，其中該第二光柵係反射的，以將在該第一光柵處繞射之該第一繞射光束之至少一部分自該第一光柵反射回至該第一光柵，該第一回反射器經定位以反射藉由該第二光柵反射的自在該第一光柵處繞射之該第一階繞射光束繞射之一繞射光束。
  11. 如請求項10之位置感測器，其中該第一回反射器經組態以反射一第一階繞射光束及負第一階繞射光束。
  12. 如請求項10之位置感測器，其進一步包含一另外第一回 反射器，其中該第二光柵係反射的，以將該第一階繞射光束及該負第一階繞射光束之至少一部分自該第一光柵反射回至該第一光柵，該第一回反射器經定位以將藉由該第二光柵反射的自來自該第一光柵之該第一階繞射光束繞射之一第一階繞射光束反射回至該第一光柵，該另外第一回反射器經定位以將藉由該第二光柵反射的自來自該第一光柵之該負第一階繞射光束繞射之一第一階繞射光束反射回至該第一光柵。
  13. 2或3之位置感測器，其經配置以使如藉由該第一光柵繞射之該第一階繞射光束發射通過該目標之一透射部件(transmissive part)。
  14. 一種經配置以將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上之微影裝置，其包含：一載物台；及如請求項1-13中任一項之至少一位置感測器，該至少一位置感測器經組態以量測該載物台之一位置。
  15. 如請求項14之微影裝置，其包含如請求項1至13中任一項之該等位置感測器中之至少兩者，該等位置感測器中之每一者經組態以量測該載物台之該位置。
  16. 如請求項15之微影裝置，其包含如請求項1至13中任一項之該等位置感測器中之至少四者。
  17. 如請求項15之微影裝置，其包含如請求項1至13中任一項之該等位置感測器中之至少六者。
  18. 一種經組態以量測一位置資料之位置感測器，該位置感測器包含： 一輻射源，該輻射源經組態以提供一輻射光束，該輻射光束具有一傳播方向；一第一光柵，該第一光柵經組態以將在一第一繞射方向上之該輻射光束繞射成至少一繞射光束，該至少一繞射光束具有在實質上垂直於該傳播方向之一第一繞射方向上之一傳播方向分量；一第一回反射器，該第一回反射器係用以將該繞射光束反射回至該第一光柵，以便再次藉由該第一光柵繞射；及一偵測器，該偵測器經組態以偵測藉由該第一光柵繞射的該光束之至少一部分，其中該第一回反射器經組態以反射該繞射光束，以便在沿著該第一繞射方向所見之實質上同一位置處再次入射於該第一光柵上。
  19. 如請求項18之位置感測器，其中該光源、該偵測器及該第一回反射器係連接至一參考結構。
  20. 如請求項19之位置感測器，其經組態以量測一目標之一位置資料，該位置感測器包含一反射表面，該反射表面係提供於該目標之一表面處，且經組態以將該繞射光束反射至該第一光柵，該第一光柵係連接至該參考結構。
  21. 如請求項18之位置感測器，其中該第一回反射器經組態以反射如藉由該第一光柵繞射的該經反射繞射光束之一另外繞射之一第一階繞射光束及負第一階繞射光束。
  22. 如請求項20之位置感測器，其包含兩個第一回反射器， 該等回反射器中之一者經組態以反射如在該第一光柵處繞射的該經反射繞射光束之一另外繞射之一第一階繞射光束，該等回反射器中之另一者經組態以反射如在該第一光柵處繞射的一經反射負第一階繞射光束之一另外繞射之一第一階繞射光束。
  23. 如請求項19之位置感測器，其經組態以量測該目標之一位置資料，且包含一透射部件，該透射部件係連接至該目標，且具有不同於一周圍介質之一折射率的一折射率，該透射部件係定位於該第一階繞射光束之一光學路徑中。
  24. 如請求項23之位置感測器，其中該第一光柵係提供於該參考結構處。
  25. 如請求項23之位置感測器，其中該第一光柵係提供於該透射部件處。
  26. 如請求項18至25中任一項之位置感測器，其中該第一偵測器包含一光電二極體，且經組態以提供表示一經偵測光束之一強度的一輸出信號。
  27. 如請求項18至25中任一項之位置感測器，其經組態以偵測該經繞射光束之一光學路徑長度改變及/或一相位差。
  28. 一種關於如請求項18至27中任一項之位置感測器之用途，尤其是一種關於如請求項26及/或27之位置感測器作為一斜度(tilt)感測器之用途。
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