TWI460559B - 用於微影裝置之位階感測器配置、微影裝置及器件製造方法 - Google Patents

用於微影裝置之位階感測器配置、微影裝置及器件製造方法 Download PDF

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Description

用於微影裝置之位階感測器配置、微影裝置及器件製造方法
本發明係關於一種微影裝置及一種用於製造器件之方法。更特定而言，本發明係關於一種位階感測器配置及一種用於基板之位階感測之方法。
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，矽基板)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。
歐洲專利申請案EP-A-1 037 117揭示一種在微影投影裝置中之離軸位準量測配置(off-axis leveling arrangement)。在使用此配置之情況下，藉由使用一位階感測器來判定微 影裝置中之基板之高度圖，該位階感測器使用光柵光學件及波長範圍為600奈米至1050奈米之複光輻射。
歐洲專利申請案EP-A-2 228 685揭示一種另外位階感測配置，其中光源經配置以發射波長範圍使待用於處理微影裝置中之基板之抗蝕劑敏感的投影輻射，例如，波長範圍為200奈米至400奈米之輻射。
需要提供一種改良型位階感測器配置及其操作。
根據本發明之一態樣，提供一種量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的方法，該方法包含執行如下步驟達至少兩次：a)將一寬頻帶輻射源光束***成沿著一第一路徑而引導之一量測光束及沿著一第二路徑而引導之一參考光束；b)使該量測光束反射離開該基板以獲得一反射量測光束且使該參考光束反射離開一反射表面以獲得一反射參考光束；c)組合該反射量測光束與該反射參考光束；及d)偵測該等經組合光束之一干涉圖案；其中執行步驟a)至d)達至少兩次，該寬頻帶源光束之分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準在每一執行之間變化；使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同。
根據本發明之一另外態樣，提供一種用於量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的位 階感測器配置，該位階感測器配置包含：一可變寬頻帶輻射源，其用於發射一輻射源光束；一光束***器，其可操作以將該輻射源光束***成沿著一第一路徑引導至該基板之一量測光束及沿著一第二路徑引導至一反射表面之一參考光束；一光束組合器，其可操作以在分別自該基板及自該反射表面反射之後組合該量測光束與該參考光束；一偵測器，其用於偵測該等經組合光束之一干涉圖案；及一控制器，其可操作以使用具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之寬頻帶源光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同，以對該同一基板執行量測以便獲得干涉圖案，自該等干涉圖案可判定至少一實質上反射層表面之該(該等)位置。
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。
在該等圖式中，類似元件符號指示類似部件。
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DUV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***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***PW；及-投影系統(例如，折射投影透鏡面系統)PS，其經組態以將藉由圖案化器件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創製圖案的任何器件。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。傾斜鏡面在藉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「投影透鏡面」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之可程式化鏡面陣列，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)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，舉例而言，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) 上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係藉由圖案化器件而圖案化。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將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二***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***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***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***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。
本發明之實施例係關於用於執行與微影裝置中之基板有關之位階感測器量測的方法及配置。
在根據先前技術之位階感測器中，該位階感測器判定基板W之表面高度或表面高度剖面(surface height profile)。 圖2中展示位階感測器之廣義示意圖。在基板處理之所有階段中執行位階感測器量測，包括(例如)當基板W已經包含層堆疊4(諸如，氧化物、多晶矽、底部抗反射塗層(Barc)、金屬層(例如，銅)及抗蝕劑層)時執行位階感測器量測。
發射器6(例如，呈光源之形式)在圖案或投影光柵7(例如，具有30微米之間距P之光柵)處發射輻射，且使用投影光學件(例如，呈透鏡面之形式)9將如此形成之輻射光束以入射角θ投影於基板W(或基板W上之層堆疊4之頂部表面)上。用於微影裝置中之位階感測器量測之輻射通常具有600奈米至1050奈米之波長範圍，亦即，使在基板W之處理中所使用之抗蝕劑不敏感的波長範圍。使用另一透鏡面9將反射輻射再次聚焦於參考光柵8上。接著使用偵測器5以處理藉由參考光柵8透射之輻射，且處理量測信號以獲得層堆疊4之高度。此位階感測器配置係基於光學三角量測技術。經偵測高度直接與藉由偵測器5量測之信號強度有關，且具有取決於入射角之週期性(P/2 sinθ)。
實務上，基板W上之堆疊4之抗蝕劑層及基礎處理層(部分地)透明。自基礎處理層所反射的具有特定波長之光相干地加至自抗蝕劑層所反射之光，且此情形引起可導致取決於精確層厚度之大量測誤差之堆疊干涉效應。為了使此等干涉效應達到平均數，可使用約1倍頻程(octave)之寬波長範圍。圖3中示意性地展示此情形。入射光束11在堆疊4(在特定實例中，僅包含抗蝕劑層)之表面上部分地反射， 從而引起反射光束12。然而，入射光束11之部分折射至堆疊4中，且在基板W與堆疊4之間的界面上反射。在堆疊4之表面處，此光束再次被折射且形成平行於反射光束12之次級光束13。結果，未考量堆疊4之正確高度h，而考量不同值。
測定高度與真實堆疊高度(在此特定實例中，真實抗蝕劑高度)之間的差被稱作「表觀表面沈降」(Apparent Surface Depression,ASD)。在某種程度上藉由使用波長範圍為(例如)600奈米至1050奈米之寬頻帶光來縮減此ASD，此情形使堆疊干涉效應之有害影響達到平均數。用輔助感測器基於晶圓表面與噴嘴(氣壓計)之間的壓力或流量量測來進一步校正ASD之效應。然而，一般而言，此感測器相對慢，且因此，其通常僅用以對晶圓上之少數場進行入射校準。此外，為了能夠進一步校正ASD之效應，感測器需要極近接於基板表面(200微米)，此情形造成僅可用高成本之安全措施予以解決之潛在機器安全問題。為了克服此感測器相對慢之問題，可能考慮使用此等感測器中之兩者。然而，此情形將顯著地增加總製造成本。
為了解決此問題，提議以替代方式藉由使用白光干涉量測以偵測基板之頂部表面之部位來校正ASD之效應。圖4展示適於進行此情形的根據本發明之一實施例之裝置。來自可調整寬頻帶源420之照明光束(通常在200奈米至600奈米之波長範圍內，亦即，包含自200奈米直至600奈米之分量波長；可用(例如)濾光器予以調整)係藉由光束***器 460而***成兩個光束。該等***光束中之第一者沿著路徑p1引導至晶圓440，該等***光束中之第二者沿著路徑p2引導至參考鏡面450。來自鏡面450及來自晶圓440之反射光沿著路徑p3再次組合，在路徑P3處，反射光干涉，從而在偵測器430(例如，CCD或CCD陣列，或光電二極體或光電二極體陣列)上引起干涉圖案。偵測器430上之入射光之強度隨著路徑p2之長度被掃描而改變。歸因於入射光之寬頻帶性質，干涉條紋僅在路徑p1與路徑p2實質上相等(亦即，路徑p1之長度與路徑p2之長度之間的差處於源之相干長度內)的區域中可見。可藉由使參考鏡面450位移或傾斜來找到此位置。圖5展示出，路徑p1可包含光纖500以將光導引至晶圓440上之指定部位。相似地，路徑p2可包含光纖連接件510(具有耦合透鏡面520a、520b)以將光導引至鏡面450。
圖6a展示由90奈米之抗蝕劑層R、45奈米之Barc(底部抗反射塗層)層及銅層Cu組成(純粹地出於說明起見)的堆疊650。圖6b為針對堆疊650而依據參考鏡面450之位移d來標繪偵測器430上之強度I(以任意單位)的曲線圖，該標繪係使用基於嚴密耦合波分析之模擬及具有在200奈米至600奈米之範圍內之光譜的照明源。按照定義，堆疊之頂部表面在該模擬中位於d=0奈米處。容易解析兩個主要峰值600、610。第一峰值600係由抗蝕劑層之頂部(亦即，由堆疊之頂部表面)引起。在該模擬中，此峰值600處於0微米(或更確切地，4奈米)。因此，在該模擬中所判定的頂部表面之 部位位於與其確切位置相隔之4奈米處。第二峰值610係由0.2微米處之銅表面引起。
當基礎堆疊具有使得在參考鏡面450之某一位移d處屬於該堆疊中之不同反射表面之峰值至少部分地堆疊的屬性時，發生潛在挑戰。圖7a及圖7b說明此問題。圖7a展示堆疊660，其相似於圖6a之堆疊650，但在銅Cu層與BARC層之間包含另外70奈米之二氧化矽SiO2 層。
圖7b為針對堆疊660之相似於圖6b之曲線圖的曲線圖，堆疊660係用具有在200奈米至600奈米之範圍內之光譜的源予以照明。可看出，在0奈米周圍現在存在兩個部分重疊峰值，一個峰值600'係由抗蝕劑之頂部引起，且另一峰值620'係由SiO2 層引起。在抗蝕劑之頂部表面之確切部位上可發生模糊度，此係因為此等峰值具有相似部位。此外，可看到由銅表面引起之峰值610，針對此堆疊在0.34微米處。
為了解析重疊峰值，提議用相比於用以獲得圖7b之曲線圖之源具有不同波長光譜之源(亦即，藉由變化照明源之光譜)來照明堆疊660。藉由實例，已用在200奈米至400奈米之範圍內之源光譜第二次模擬堆疊660。圖8展示所得曲線圖。當源光譜改變時，對應於反射表面之層之頂部之位置的峰值之位置不改變其在位移軸線上之位置，而所有其他峰值在位移軸線上之位置移位。在比較圖8與圖7b的情況下，可看出，由銅層之頂部引起之峰值610"係在與峰值610'之位置相同的位置中。又，由抗蝕劑層之頂部引起之 峰值600"係在與峰值600'之位置相同的位置中。此等峰值在使用不同源光譜之模擬之間尚未移動。然而，亦可看出，所有其他最大值已移動，且因此，現在可容易解析峰值600"。
在圖9中，示意性地展示根據本發明之位階感測器配置之另一實施例。在該配置中，如由參考光束所遵循之路徑經配置以實質上遵循與由量測光束所遵循之路徑相同的路線。此情形係進行如下：代替如(例如)圖4所示之參考鏡面450，將諸如半鍍銀鏡面之部分透明光學元件600提供於光束***器460與基板440之間，與基板440相隔距離d1。因此，寬頻帶源420之離開光束***器460朝向基板440之照明光束***成到達基板(沿著路徑p1)之第一光束及在元件600之表面處反射而因此遵循被指示為路徑p2之路徑之第二光束。兩個光束(亦即，自基板表面所反射之光束及自光學元件600所反射之光束)隨後經由光束***器460朝向第二光束***器465而傳播。離開第二光束***器之照明光束隨後藉由第二部分透明光學元件610(例如，半鍍銀鏡面)或經安置成與元件610相隔距離d2之鏡面450(諸如，參考鏡面)反射。在使用此配置的情況下，解譯藉由光學元件610及參考鏡面450反射之參考光束以及藉由基板440及光學元件610反射之量測光束。兩個光束隨後經由第二光束***器(或光束組合器)465而提供至偵測器430。在d1與d2之間的差處於所使用之源之相干長度內的狀況下，干涉圖案將變得可見。可(例如)藉由使參考鏡面450或基板440位移或傾斜來找到此位 置。因而，偵測器上之干涉圖案之觀測提供關於基板440與光學元件600之間的距離相對於參考鏡面450與光學元件610之間的距離的資訊。為了完整性起見，應提及，無光束組合器465、第二部分透明光學元件610及參考鏡面450之配置亦將可行。然而，在彼狀況下，距離d1應小於源之相干長度，以便獲得干涉圖案。在使用圖9所示之配置的情況下，基板440與部分透明光學元件之間的距離因此可較大。當隨後掃描基板440時，亦即，當使基板440實質上垂直於投影至表面上之照明光束而位移時，可藉由在掃描期間調整d1或d2以使得維持干涉圖案來獲得用以產生高度圖之資訊。此調整可(例如)藉由如下方式實現：調整參考鏡面450相對於光學元件610之位置(藉由使用諸如壓電致動器或其他類型之致動器的致動器使參考鏡面450或光學元件610位移)，或調整基板相對於光學元件600之位置(藉由使用致動器使光學元件610位移或使用諸如圖1所示之***PW之基板***使基板位移)。
如上文所提及，為了解決強度光譜中之重疊峰值之問題(其可產生關於頂部表面之確切部位之不確定度或模糊度)，使用不同波長光譜來評估強度光譜。在如圖6a至圖8所描述之配置中，此評估係基於兩個不同量測：例如，使用200奈米至600奈米之光譜之第一量測(如(例如)圖7b所示)及使用200奈米至400奈米之光譜之第二量測(如(例如)圖8所示)。作為執行兩個量測(以不同光譜)之替代例，執行單一量測(例如，使用200奈米至600奈米之光譜)，而在 兩個或兩個以上不同強度光譜中提供量測信號之後續處理。
在一實施例中，光譜儀可用於量測信號(亦即，量測光束與參考光束之經組合光束)之此處理。因而，在本發明之一實施例中，如圖4、圖5及圖9所示之偵測器430可包含光譜儀。此光譜儀可在不同波長或波長範圍下評估量測信號，因此(例如)提供於處於(例如)200奈米至600奈米之第一光譜及200奈米至400奈米之第二光譜的強度光譜中。
作為應用用於處理量測信號之光譜儀之替代例，可將如藉由圖4及圖5中之光束***器460或圖9中之第二光束***器465朝向偵測器430輸出的信號***成兩個實質上等同信號(例如，使用光束***器)。隨後，可將該等信號中之一者直接提供至偵測器430(例如，CCD或CCD陣列，或光電二極體或光電二極體陣列)，而在將另一信號提供至另外偵測器430(例如，CCD或CCD陣列，或光電二極體或光電二極體陣列)之前對該另一信號進行濾光。參看如上文所提及之光譜範圍，量測信號可(例如)包含在200奈米至600奈米之範圍內之光譜，該信號係作為該等信號中之一者提供至諸如CCD陣列之偵測器，而另一偵測器在該量測信號藉由允許200奈米至400奈米之波長通過之濾光器濾光之後接收該量測信號。
因而，根據本發明之一實施例，在不同波長範圍或分量下評估經組合光束(包含量測光束及參考光束)之干涉圖案。如所提及，此情形可藉由如下方式達成：執行兩個不 同量測(例如，使用用於寬頻帶源(例如，源420)之兩個不同波長範圍)，或處理單一量測(例如，在比較大之範圍下採取)以在不同波長範圍下獲得量測結果(例如，初始的比較大之範圍及縮減範圍(例如，藉由濾光而縮減))。
具有高反射金屬之堆疊對於目前位階感測器技術具挑戰性，其引起(如已經論述)表觀表面沈降(在被量測時)。藉由實例，使用本文所揭示之方法來模擬具有不同氧化物厚度之若干堆疊，且觀測對應於抗蝕劑峰值之最大值。對於每一氧化物厚度，表觀表面沈降總是低於10奈米。此值相比於使用目前位階感測器可能得到之值為較大準確度。雖然此論述已限於找到最大值，但亦有可能且在本申請案之範疇內的是使用更複雜之方法，諸如，使作為位移之函數的強度與週期性函數擬合，或量測作為照明光譜之函數的平均峰值位置。
對比於當前位階感測器，藉由追蹤作為入射光譜之函數的峰值之最大值，不僅有可能準確地判定抗蝕劑之頂部表面，而且有可能獲得關於完整堆疊之資訊。存在針對可在程序流程之早期階段中偵測處理誤差之預警系統的需求。由於必須使用位階感測器在多個x-y位置上量測每一晶圓，故此方法可用以偵測程序誤差(例如，厚度變化、材料常數變化，等等)。
照明源之波長光譜可在本發明之範疇內以數種不同方式變化，以達成上文所描述之效應。下文描述數個此等實例，其中術語「第一光束」及「第二光束」用以分別描述 第一量測及第二量測之源光束(當然，可存在兩個以上量測，每一量測具有不同光束)。
第二光束相比於第一光束可包含任何數目個不同分量波長。因此，第二光束可(如上文所描述)具有不同光譜寬度。或者或此外，其可具有不同中心波長。在其他替代例中，第一光束、第二光束或此兩個光束之光譜可非連續，且因此，舉例而言，相比於第一光束，第二光束可藉由使其光譜之部分被阻擋而不同於第一光束。除了所有所揭示實例以外或替代所有所揭示實例，在量測之間橫越光譜之光束強度可變化。應進行此情形，使得該變化針對不同波長而不同，此係因為簡單地針對所有波長相等地增加強度而不改變任何其他者將不會引起所要效應。藉由實例，一個實施例可包含在量測之間增加光束之光譜之一半(或其之其他部分)的強度。
本文所揭示之概念之另外極顯著優點在於：使用垂直照明模式，且因此，並行晶圓量測成為可能。此意謂在一個單一量測中可量測整個晶圓，藉此減低量測時間且增加產出率。此外，可在與晶圓表面相隔之相對大工作距離處獲得此高量測速率，使得由於感測器與晶圓表面之極近接性的潛在機器安全問題不為本發明之問題。比較起來，習知位階感測器使用小照明光點陣列且必須掃描以覆蓋整個晶圓。此串列量測方式限制產出率。
值得注意的是，上文所提及之所提議照明源光譜較佳地包括可能用量測光來曝光晶圓之紫外線波長。然而，在完 整晶圓被照明之情況下，量測光之光子能量均勻地分佈。因此，用量測光之任何曝光均引入橫越晶圓之可預測CD偏移。當知道量測能量之實際分佈時，取決於在位階感測器量測期間之能量分佈，有可能在基板之實際曝光期間應用極簡單的劑量縮減以進行補償。
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「基板」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，以便創製多層IC，使得本文所使用之術語「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、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「透鏡面」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，本發明可採取如下形式：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。
本發明可藉由以下條項概述：
1.一種量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的方法，該方法包含執行如下步驟達至少兩次：a)提供一寬頻帶輻射源光束；b)藉由分別使該寬頻帶源光束之部分反射離開一部分透明光學元件且使該寬頻帶源光束之部分傳遞通過該部分透 明光學元件而將該寬頻帶源光束分離成一參考光束及一量測光束；c)使該量測光束反射離開該基板以獲得一反射量測光束且使該參考光束反射離開一反射表面以獲得一反射參考光束；d)組合該反射量測光束與該反射參考光束；及e)偵測該等經組合光束之至少兩個不同干涉圖案；其中該等不同干涉圖案係基於具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之經組合光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同。
2.如條項1之方法，其中在步驟d)之前使該反射參考光束傳遞通過一另外部分透明光學元件，且使該反射參考光束進一步反射離開一反射表面且使該反射量測光束進一步反射離開該另外部分透明光學元件。
3.如條項2之方法，其中該部分透明光學元件經定位成與該基板相隔一距離d1且該另外部分透明光學元件經定位成與該反射表面相隔一距離d2，且其中d1與d2之間的一差保持低於該寬頻帶輻射源之一相干長度以執行步驟e)。
4.如條項2或3之方法，其中該部分透明光學元件及/或該另外部分透明光學元件包含一半鍍銀鏡面。
5.如前述條項中任一項之方法，其中藉由使用一光譜儀來處理一單一經組合光束而獲得該等不同干涉圖案。
6.如前述條項中任一項之方法，其中藉由將該等經組合 光束***成至少兩個實質上相等光束且在偵測該等實質上相等光束之該等干涉圖案之前對該等實質上相等光束中至少一者進行濾光而獲得該至少兩個不同干涉圖案。
7.如前述條項中任一項之方法，其進一步包含比較所偵測之該等不同干涉圖案及觀測該等不同干涉圖案之一屬性，該屬性很大程度上取決於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，但其中該等干涉圖案之屬性之峰值之位置實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，該等峰值之該等位置指示一對應實質上反射層表面之位置。
8.如條項7之方法，其中該等不同干涉圖案之該屬性係與其強度有關。
9.一種在一微影裝置中之位階感測器配置，其用於量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置，該位階感測器配置包含：一寬頻帶輻射源，其用於發射一輻射源光束；一部分透明光學元件，其用於藉由分別使該寬頻帶源光束之部分反射離開該部分透明光學元件且使該寬頻帶源光束之部分傳遞通過該部分透明光學元件而將該寬頻帶源光束分離成一參考光束及一量測光束；一光束***器或組合器，其可操作以在分別自該基板及自該部分透明光學元件反射之後組合該量測光束與該參考光束且將該等經組合光束引導至一偵測器； 該偵測器，其用於偵測該等經組合光束之至少兩個干涉圖案；其中該等不同干涉圖案係基於具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之經組合光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同；及一控制器，其可操作以對該同一基板執行量測以便獲得干涉圖案，自該等干涉圖案可判定至少一實質上反射層表面之該(該等)位置。
10.如條項9之位階感測器配置，其進一步包含用於使該反射參考光束傳遞通過之一另外部分透明光學元件，及用於在已通過該另外部分透明光學元件之後使該反射參考光束進一步反射離開且使該反射量測光束進一步反射離開該另外部分透明光學元件之一反射表面。
11.如條項10之位階感測器配置，其中該部分透明光學元件經定位成與該基板相隔一距離d1且該另外部分透明光學元件經定位成與該反射表面相隔一距離d2，且其中d1與d2之間的一差保持低於該寬頻帶輻射源之一相干長度以獲得該等干涉圖案。
12.如條項9至11中任一項之位階感測器配置，其中該偵測器包含用於偵測該至少兩個干涉圖案之一光譜儀。
13.一種量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的方法，該方法包含執行如下步驟達至少兩次：a)將一寬頻帶輻射源光束***成沿著一第一路徑而引導 之一量測光束及沿著一第二路徑而引導之一參考光束；b)使該量測光束反射離開該基板以獲得一反射量測光束且使該參考光束反射離開一反射表面以獲得一反射參考光束；c)組合該反射量測光束與該反射參考光束；及d)偵測該等經組合光束之一干涉圖案；其中執行步驟a)至d)達至少兩次，該寬頻帶源光束之分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準在每一執行之間變化；使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同。
14.如條項13之方法，其包含比較在每一執行期間所偵測之該等干涉圖案及觀測該干涉圖案之一屬性，該屬性很大程度上取決於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，但其中該干涉圖案屬性之峰值之位置實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，該等峰值之該等位置指示一對應實質上反射層表面之位置。
15.如條項13之方法，其包含量測作為該第二路徑相對於該第一路徑之長度之一函數的該干涉圖案之該屬性、觀測具有實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準之一位置的該等峰值，及對於每一此峰值，自該峰值之該位置判定一對應實質上反射層表面之位置。
16.如條項14或15之方法，其中該干涉圖案之該屬性係與 其強度有關。
17.如條項13至16中任一項之方法，其中該量測光束係以實質上垂直於該基板表面之一角度反射離開該基板，該方法包含遍及實質上該整個基板表面而執行至少一實質上反射層表面之該位置之並行量測。
18.如條項17之方法，其中該方法進一步包含比較來自該基板表面之不同部分之該等測定位置，以便判定製造程序缺陷。
19.如條項13至18中任一項之方法，其中該至少一實質上反射層表面具感光性，且在該等執行中至少一者期間所使用之該(該等)源光束包含在使該感光性層之材料敏感之波長範圍內的一波長，該方法包含補償在該基板之實際曝光期間該源光束對該感光性層之效應。
20.一種在一微影裝置中之位階感測器配置，其用於量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置，該位階感測器配置包含：一可變寬頻帶輻射源，其用於發射一輻射源光束；一光束***器，其可操作以將該輻射源光束***成沿著一第一路徑引導至該基板之一量測光束及沿著一第二路徑引導至一反射表面之一參考光束；一光束組合器，其可操作以在分別自該基板及自該反射表面反射之後組合該量測光束與該參考光束；一偵測器，其用於偵測該等經組合光束之一干涉圖案；及 一控制器，其可操作以使用具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之寬頻帶源光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中至少一些不同，以對該同一基板執行量測以便獲得干涉圖案，自該等干涉圖案可判定至少一實質上反射層表面之該(該等)位置。
21.如條項20之位階感測器配置，其可操作以：比較使用具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之該等源光束所偵測的該等干涉圖案；及觀測該干涉圖案之一屬性，該屬性很大程度上取決於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，但其中該干涉圖案屬性之峰值之位置實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，該等峰值之該等位置指示一對應實質上反射層表面之位置。
22.如條項20之位階感測器配置，其可操作以量測作為該第二路徑相對於該第一路徑之長度之一函數的該干涉圖案之該屬性、觀測具有實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準之一位置的該等峰值，及對於每一此峰值，自該峰值之該位置判定一對應實質上反射層表面之位置。
23.如條項21或22之位階感測器配置，其中該干涉圖案之該屬性係與其強度有關。
24.如條項20至23中任一項之位階感測器配置，其可操作 以使該量測光束以實質上垂直於該基板表面之一角度反射離開該基板，及遍及實質上該整個基板表面而執行至少一實質上反射層表面之該位置之並行量測。
25.如條項24之位階感測器配置，其可操作以比較來自該基板表面之不同部分之該等測定位置，以便判定製造程序缺陷。
26.一種微影裝置，其包含如條項20至25中任一項之位階感測器配置。
27.如條項26之微影裝置，其可操作以使得此時該至少一實質上反射層表面具感光性，且在該等執行中至少一者期間使用以獲得該等干涉圖案之該(該等)源光束包含在使該感光性層之材料敏感之波長範圍內的一波長，該微影裝置可進一步操作以補償在該基板之實際曝光期間該(該等)源光束對該感光性層之效應。
28.一種電腦程式產品，其包含程式指令，該等程式指令可操作以在執行於合適裝置上時執行如條項1至6或13至19中任一項之方法。
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。
4‧‧‧層堆疊
5‧‧‧偵測器
6‧‧‧發射器
7‧‧‧投影光柵
8‧‧‧參考光柵
9‧‧‧投影光學件/透鏡面
11‧‧‧入射光束
12‧‧‧反射光束
13‧‧‧次級光束
420‧‧‧可調整寬頻帶源
430‧‧‧偵測器
440‧‧‧晶圓/基板
450‧‧‧參考鏡面
460‧‧‧光束***器
465‧‧‧第二光束***器/光束組合器
500‧‧‧光纖
510‧‧‧光纖連接件
520a‧‧‧耦合透鏡面
520b‧‧‧耦合透鏡面
600‧‧‧主要峰值(圖6b)/第一峰值(圖6b)/部分透明光學元件(圖9)
600'‧‧‧峰值
600"‧‧‧峰值
610‧‧‧主要峰值(圖6b)/第二峰值(圖6b)/第二部分透明光學元件(圖9)
610'‧‧‧峰值
610"‧‧‧峰值
620'‧‧‧峰值
650‧‧‧堆疊
660‧‧‧堆疊
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
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
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
p1‧‧‧路徑
p2‧‧‧路徑
p3‧‧‧路徑
PM‧‧‧第一***
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二***
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描繪使用投影光柵之位階感測器配置的示意圖；圖3描繪具有層堆疊之基板的示意性橫截面圖，層堆疊 包括位階感測器配置之量測光束；圖4描繪根據本發明之一實施例之位階感測器配置的示意圖；圖5描繪圖4之位階感測器配置上之變化的示意圖；圖6a描繪晶圓上之典型堆疊的橫截面圖，且圖6b為針對圖6a之堆疊而依據參考鏡面之位移來標繪偵測器上之強度的曲線圖，偵測器及參考鏡面形成根據本發明之一實施例之位階感測器配置的部件；圖7a描繪晶圓上之典型前端堆疊的橫截面圖，且圖7b為針對圖7a之堆疊而依據參考鏡面之位移來標繪偵測器上之強度的曲線圖，偵測器及參考鏡面形成根據本發明之一實施例之位階感測器配置的部件；及圖8為針對圖7a之堆疊而依據參考鏡面之位移來標繪偵測器上之強度的曲線圖，偵測器及參考鏡面形成根據本發明之一實施例之位階感測器配置的部件；且其中所使用之照明源相比於用以獲得圖7b之曲線圖之照明源發射在不同波長範圍內之光。
圖9描繪根據本發明之另一實施例之位階感測器配置的示意圖。
420‧‧‧可調整寬頻帶源
430‧‧‧偵測器
440‧‧‧晶圓/基板
450‧‧‧參考鏡面
460‧‧‧光束***器
465‧‧‧第二光束***器/光束組合器
600‧‧‧部分透明光學元件
610‧‧‧第二部分透明光學元件

Claims (15)

  1. 一種量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的方法，該方法包含執行如下步驟達至少兩次：a)提供一寬頻帶輻射源光束；b)藉由分別使該寬頻帶源光束之部分反射離開一部分透明光學元件且使該寬頻帶源光束之部分傳遞通過該部分透明光學元件而將該寬頻帶源光束分離成一參考光束及一量測光束；c)使該量測光束反射離開該基板以獲得一反射量測光束且使該參考光束反射離開一反射表面以獲得一反射參考光束；d)組合該反射量測光束與該反射參考光束；及e)偵測該等經組合光束之至少兩個不同干涉圖案；其中該等不同干涉圖案係基於具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之經組合光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中之至少一些是不同的。
  2. 如請求項1之方法，其中在步驟d)之前使該反射參考光束傳遞通過一另外部分透明光學元件，且使該反射參考光束進一步反射離開一反射表面且使該反射量測光束進一步反射離開該另外部分透明光學元件。
  3. 如請求項2之方法，其中該部分透明光學元件經定位成與該基板相隔一距離d1且該另外部分透明光學元件經定 位成與該反射表面相隔一距離d2，且其中d1與d2之間的一差保持低於該寬頻帶輻射源之一相干長度以執行步驟e)。
  4. 如請求項2或3之方法，其中該部分透明光學元件及/或該另外部分透明光學元件包含一半鍍銀鏡面。
  5. 2或3之方法，其中藉由使用一光譜儀來處理一單一經組合光束而獲得該等不同干涉圖案。
  6. 2或3之方法，其中藉由將該等經組合光束***成至少兩個實質上相等光束且在偵測該等實質上相等光束之該等干涉圖案之前對該等實質上相等光束中至少一者進行濾光而獲得該至少兩個不同干涉圖案。
  7. 2或3之方法，其進一步包含比較所偵測之該等不同干涉圖案及觀測該等不同干涉圖案之一屬性，該屬性很大程度上取決於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，但其中該等干涉圖案之屬性之峰值之位置實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，該等峰值之該等位置指示一對應實質上反射層表面之位置。
  8. 如請求項7之方法，其中該等不同干涉圖案之該屬性係與其強度有關。
  9. 一種在一微影裝置中之位階感測器配置(level sensor arrangement)，其用於量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置，該位階感測器配置 包含：一寬頻帶輻射源，其用於發射一輻射源光束；一部分透明光學元件，其用於藉由分別使該寬頻帶源光束之部分反射離開該部分透明光學元件且使該寬頻帶源光束之部分傳遞通過該部分透明光學元件而將該寬頻帶源光束分離成一參考光束及一量測光束；一光束***器或組合器，其可操作以在分別自該基板及自該部分透明光學元件反射之後組合該量測光束與該參考光束且將該等經組合光束引導至一偵測器；該偵測器，其用於偵測該等經組合光束之至少兩個干涉圖案；其中該等不同干涉圖案係基於具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之經組合光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中之至少一些是不同的；及一控制器，其可操作以對該同一基板執行量測以便獲得干涉圖案，自該等干涉圖案可判定至少一實質上反射層表面之該(該等)位置。
  10. 如請求項9之位階感測器配置，其進一步包含用於使該反射參考光束傳遞通過之一另外部分透明光學元件，及用於在已通過該另外部分透明光學元件之後使該反射參考光束進一步反射離開且使該反射量測光束進一步反射離開該另外部分透明光學元件之一反射表面。
  11. 如請求項10之位階感測器配置，其中該部分透明光學元 件經定位成與該基板相隔一距離d1且該另外部分透明光學元件經定位成與該反射表面相隔一距離d2，且其中d1與d2之間的一差保持低於該寬頻帶輻射源之一相干長度以獲得該等干涉圖案。
  12. 如請求項9至11中任一項之位階感測器配置，其中該偵測器包含用於偵測該至少兩個干涉圖案之一光譜儀。
  13. 一種量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置的方法，該方法包含執行如下步驟達至少兩次：a)將一寬頻帶輻射源光束***成沿著一第一路徑而引導之一量測光束及沿著一第二路徑而引導之一參考光束；b)使該量測光束反射離開該基板以獲得一反射量測光束且使該參考光束反射離開一反射表面以獲得一反射參考光束；c)組合該反射量測光束與該反射參考光束；及d)偵測該等經組合光束之一干涉圖案；其中執行步驟a)至d)達至少兩次，該寬頻帶源光束之分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準在每一執行之間變化；使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中之至少一些是不同的。
  14. 如請求項13之方法，其包含比較在每一執行期間所偵測之該等干涉圖案及觀測該干涉圖案之一屬性，該屬性很大程度上取決於所使用之該源光束之該等分量波長及/或 遍及該等分量波長之該等強度位準，但其中該干涉圖案屬性之峰值之位置實質上獨立於所使用之該源光束之該等分量波長及/或遍及該等分量波長之該等強度位準，該等峰值之該等位置指示一對應實質上反射層表面之位置。
  15. 一種在一微影裝置中之位階感測器配置，其用於量測一微影裝置中之一基板上之至少一實質上反射層表面之一位置，該位階感測器配置包含：一可變寬頻帶輻射源，其用於發射一輻射源光束；一光束***器，其可操作以將該輻射源光束***成沿著一第一路徑引導至該基板之一量測光束及沿著一第二路徑引導至一反射表面之一參考光束；一光束組合器，其可操作以在分別自該基板及自該反射表面反射之後組合該量測光束與該參考光束；一偵測器，其用於偵測該等經組合光束之一干涉圖案；及一控制器，其可操作以使用具有不同分量波長及/或遍及該等分量波長之強度位準之寬頻帶源光束，使得在僅該等強度位準變化之情況下，該強度變化針對該光束之分量波長中之至少一些是不同的，以對該同一基板執行量測以便獲得干涉圖案，自該等干涉圖案可判定至少一實質上反射層表面之該(該等)位置。
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