对准传感器、光刻设备和对准方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求享有2013年5月7日提交的美国临时申请61/820, 568的优先权，并 且该申请在此通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及一种对准传感器和对准方法，诸如在光刻工艺中使用的对准传感器和 对准方法。
【背景技术】
[0004] 光刻设备是施加所需图案至衬底上、通常至衬底的目标部分上的机器。光刻设备 可以例如用于集成电路（IC)的制造中。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装 置可以用于产生将要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以转移至衬底（例如硅 晶片）上的目标部分（例如包括一个或数个裸片的一部分）上。图案的转移通常经由对提 供在衬底上的辐射敏感材料（抗蚀剂）的层成像而完成。通常，单个衬底将包含连续图案 化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓的步进机，其中通过一次曝光整个图 案至目标部分上而照射每个目标部分，以及所谓的扫描机，其中通过沿给定方向（"扫描"方 向）扫描图案通过辐射束同时平行于或反平行于该方向扫描衬底而照射每个目标部分。也 能够通过将图案压印至衬底上而将图案从图案化装置转移至衬底。
[0005] 为了控制光刻工艺以在衬底上精确地放置器件特征，对准标记通常提供在衬底 上，并且光刻设备包括一个或多个对准传感器，由此可以精确地测量衬底上标记的位置。这 些对准传感器是有效的位置测量设备。从不同时期和不同制造商获知不同类型标记和不同 类型对准传感器。广泛用于当前光刻设备中的一类传感器是基于如US6961116(den Boef 等人）中所述的自参考干涉仪。通常分离地测量标记以获得X和Y位置。然而，可以使用 公开专利申请US2009/195768A (Bi jnen等人）中所述的技术执行组合的X和Y测量。这些 申请的内容均在此通过引用并入本文。
[0006] 当前对准技术包括照明对准标记并且从第+1阶和第-1阶衍射获得干涉图案，其 中阻挡了第〇阶。这有时称作暗场检测。然而，对准标记的第1阶衍射效率倾向于变得较 小（当对准标记对比度变得较低时），意味着第1阶信号越来越弱。除此之外，存在对在更 短时间内测量每个对准标记的增长的需求。不采用不切实际的大功率激光器而在短时间内 对这些弱信号进行散射噪声限制的检测因此变得不可能。暗场检测的另一限制是其检测对 准标记的非对称变形的有限能力。类似刻蚀和化学机械抛光（CMP)的处理步骤可以使得标 记变形，这导致对准偏移。该形变的检测是数值的，并且可以通过测量在第+1阶和第-1阶 之间强度不平衡而完成。然而，在暗场检测中，这些阶叠加，使其无法检测非对称性。
【发明内容】
[0007] 需要提供一种对准传感器，其能够以高速测量低对比度的光栅。也需要以非常简 单方式检测光栅的非对称形变的存在。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种对准传感器，包括：
[0009] 至少一个照明源，包括可操作成以取决于波长的角度衍射更高阶辐射的衍射照明 结构；以及
[0010] 照明光学器件，可操作成将来自所述至少一个照明源的所述衍射的照明辐射从至 少配对的相对方位角方向递送至在衍射对准结构上的点上，其中所述对准传感器可操作以 使得
[0011] 在由所述衍射对准结构将所述照明辐射衍射之后，并且独立于所述照明辐射中所 包括的波长：
[0012] 从相对方位角方向的每个配对的第一个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位 角的每个配对的第二个入射的辐射的更高阶衍射重叠；以及
[0013] 从相对方位角方向的每个配对的第二个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位 角方向的每个配对的第一个入射的辐射的更高阶衍射重叠；
[0014] 由此光学放大所述更高阶衍射与重叠的第零阶。
[0015] 根据本发明的另一方面，提供了一种在衬底上执行对准操作的方法，所述衬底包 括至少一个衍射对准结构，所述方法包括：
[0016] 采用照明源照明衍射照明结构；以及
[0017] 接收从所述衍射照明结构的被衍射照明辐射并且将其从至少配对的相对方位角 方向引导至在所述衍射对准结构上的点上，以使得在由所述衍射对准结构对所述辐射衍射 之后，并且独立于所述照明辐射中所包括的波长：
[0018] 从相对方位角方向的每个配对的第一个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位 角方向的每个配对的第二个入射的辐射的更高阶衍射重叠；
[0019] 从相对方位角方向的每个配对的第二个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位 角方向的每个配对的第一个入射的辐射的更高阶衍射重叠；
[0020] 由此光学放大所述更高阶衍射与重叠的第零阶。
【附图说明】
[0021] 现在将仅借由示例的方式参考所附的示意性附图描述本发明的实施例，其中对应 的附图标记指示对应的部件，以及其中：
[0022] 图1示出了根据本发明一个实施例的光刻设备；
[0023] 图2示出了根据本发明一个实施例的光刻单元或群集；
[0024] 图3示出了已知的对准传感器；
[0025] 图4示出了可操作成使用零差式（homodyne)检测技术以放大高阶衍射辐射的对 准传感器；
[0026] 图5示出了根据本发明第一实施例的对准传感器；
[0027] 图6示出了根据本发明第二实施例的对准传感器；
[0028] 图7示出了根据本发明第三实施例的对准传感器；
[0029] 图8示出了在暗模式配置中工作的图7的对准传感器；
[0030] 图9示出了近似如下光栅的第一示例性网格快照（snap)的SLM图案，该光栅具有 单独的SLM元件的非整数倍的节距；以及
[0031] 图10示出了近似如下光栅的第二示例性网格快照的SLM图案，该光栅具有相针对 由单独的SLM元件限定的网格的非正交的定向。
【具体实施方式】
[0032] 图1示意性示出了根据本发明一个实施例的光刻设备。设备包括：
[0033] 照明系统（照明器）L，配置用于调节辐射束B (例如UV辐射或EUV辐射）；
[0034] 支撑结构（例如掩模工作台）MT，构造用于支撑图案化装置（例如掩模）MA，并且 连接至配置用于根据某些参数精确地定位图案化装置的第一定位器PM ;
[0035] 衬底工作台（例如晶片工作台）WT，构造用于保持衬底（例如涂覆抗蚀剂的晶片） W，并且连接至配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW ;以及
[0036] 投影系统（例如折射投影透镜系统）PS，配置用于将由图案化装置MA赋予辐射束 B的图案投影至衬底W的目标部分C (例如包括一个或多个裸片）上。
[0037] 照明系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型光学部件，诸如折射、反 射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件，或者其任意组合。
[0038] 支撑结构支撑图案化装置，也即承载了其重量。其以取决于图案化装置的定向、光 刻设备的设计、以及诸如例如图案化装置是否保持在真空环境中的其他条件的方式而保持 图案化装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以保持图案化装置。支撑 结构可以是框架或工作台，例如如果需要的话，则其可以固定或可移动。支撑结构可以确保 图案化装置处于所需位置处，例如相针对投影系统。在此术语"刻线板"或"掩模"的任何 使用可以视为与更通用术语"图案化装置"同义。
[0039] 在此使用的术语"图案化装置"应该广泛地解释为涉及可以用于在其截面中赋予 辐射束图案以便于在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应该注意，赋予辐射束的图 案可以不准确地对应于衬底的目标部分中的所需图案，例如如果图案包括相移特征或所谓 的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中正产生的器件中的特定功能 层，诸如集成电路。
[0040] 图案化装置可以是透射式或反射式的。图案化装置的示例包括掩模、可编程镜面 阵列、以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是已知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减 相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列的示例采用了小镜面的矩阵设 置，每个小镜面可以单独地倾斜以便于沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜镜面将图案赋 予由镜面矩阵所反射的辐射束。
[0041] 在此使用的术语"投影系统"应该广泛地解释为包括任何类型投影系统，包括折 射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统，或者其任意组合，如针对正使用的曝光辐射 合适的那样，或者针对诸如使用沉浸液体或使用真空的其他因素合适的那样。在此术语"投 影透镜"的任何使用可以视为与更通用术语"投影系统"同义。
[0042] 如在此所示，设备是透射式（例如采用了透射掩模）。备选地，设备可以是反射式 (例如采用了如上所述类型的可编程镜面阵列，或者采用了反射掩模）。
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