专利名称：曝光方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量距离的电容式传感器(capacitive sensor),特别是用于在光刻设备(lithography apparatus)中测量距祀材(target)的距离的电容式传感器。
背景技术：
带电微粒以及光学光刻机器和检查机器(inspection machine)用于将图案曝显于晶圆和其他靶材之上，这典型地是半导体装置制造流程的一部分。在光刻系统之中，通常藉由光刻机器所发出的光学或微粒曝光射束针对晶圆的多个位置进行曝光。晶圆通常置放在晶圆固定台上，且典型地藉由控制该晶圆固定台相对于固定的电子/光学柱体的平移而实现上述的多重曝光。这些曝光通常在晶圆的表面连续执行。待进行曝光的晶圆表面几乎绝不会是完全平整的。典型的晶圆在未箝制到晶圆固 定台的情形下可以在其中具有高达50微米的弯曲。除了上述的晶圆弯曲之外，晶圆表面可能具有其他不均匀性在其表面上。这些晶圆弯曲和其他不均匀性在晶圆表面造成高度上的变化。为了达到最新光刻机器所需的极高精确度，必须矫正这种高度上的变化以将被曝光的晶圆表面维持于用于将上述光学或微粒曝光射束聚焦至晶圆上的投射透镜(projectionlens)的焦面(focal plane)之中。支承晶圆的晶圆固定台可以被调整，以补偿晶圆表面的高度上的变化。可以改变晶圆固定台的高度，以将待曝光的晶圆表面调整至投射透镜的焦面上。晶圆固定台高度的控制可以利用从测量晶圆表面高度(例如，投射透镜与晶圆表面间的距离)的传感器发送的信号来实现。需要高度灵敏的传感器，以确保能以最新光刻机器所要求的极度精确性进行晶圆位置的正确控制。已有许多不同种类的传感器被使用于此类应用，包括电容式探针。然而，现有的电容式探针以及相关的测量及控制系统均受制于一些缺点。现有的电容式传感器其高度及传感器面积通常很大。图IA及图IB显示现有技术电容式传感器的结构。图IA显示截面图，而图IB则显示该传感器探针的端视图。导电感测电极2被导电防护电极3环绕。绝缘层4分隔这两个电极，另一绝缘层5可用于将防护电极3与外壳6隔离。电缆线7和连接器8将该传感器连接至信号处理系统，以得到所需的最终测量信号。该传感器的工作范围取决于感测电极2之下的感测面积。防护电极3被设成与感测电极同一电位，以将电场限制在感测面积之内，而在感测电极2和靶材9之间产生相当均匀的电场。此种结构导致传感器相当高，通常为大约20毫米的高度，还导致感测电极相当大。相当大的传感器高度及宽度使得该传感器的位置需要相当程度地远离投射透镜，因此将由于制造公差和热膨胀导致的传感器与投射透镜间的相对位置的变化而产生误差。现有电容式探针的相当大的尺寸同时还使得多传感器配置中的各个传感器彼此分隔遥远，因而降低感测系统的空间分辨率，致使晶圆表面上发生于小区域上的不均匀性难以被侦测出来。此过宽的间隔还造成较为缓慢的测量处理，从而降低使用此类系统的光刻机器的生产量。
英国专利2，131，176描述一种电容距离测量探针，藉由将两片在一侧上沉积有铜质涂层的热塑性聚合物薄膜黏接在一起而制成，使得一片的铜涂覆面接合至另一片的未涂覆面。一片上的暴露铜涂层被分成第一区域和第二区域，其中第一区域构成感测电极，第二区域至少部分地环绕该感测电极，并与另一片上的铜质涂层电气互连以定义出感测电极的防护电极。此架构与图I所示的架构相仿，提供环绕感测电极的防护电极，环绕感测电极的防护电极均形成于同一表面之上且位于分层装置的同一层处。这产生需要在不同导电层间建立电气连接的结构，因而需要较为复杂且成本较高的生产过程。此外，通往这些传感器的接线连接难以制造，且接线引入影响传感器读数的电容而需列入考虑，通常是对传感器及布线工程的组合进行校准。现有传感器需要校准，加上当置换传感器之时传感器接线需要再次校准，使得此种置换变得复杂、耗时且昂贵。第4，538，069号的美国专利描述一种校准用于曝显标线(reticle)的单一电子射束光刻机器的电容高度微测计(capacitance height gage)的方法。该高度微测计先利用激光干涉仪(laser interferometer)在校准设备中进行校准,接着机器被重新定位至光刻 台以曝显一标线，而距该十字标线的距离用该电容微测计加以测量。该电容微测计形成于基板上，该基板被固定于电子射束光学模块外壳的底部。标线靶材被接地，而电容微测计被相位相差180°的信号驱动，且来自每一微测计的输出信号被分开处理以产生四个高度测量信号。
发明内容
本发明寻求解决或减少上述缺点而提出一种用于曝光系统中的靶材表面的改进方法，该系统包含一组用于测量距该靶材的距离的传感器。该方法包括将靶材箝制到一可移动平台、移动靶材至一个或多个传感器被定位于靶材上方的多个位置、接收来自被定位于靶材上方的一个或多个传感器的信号、依据接收自传感器的该信号计算一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)、依据该一个或多个倾斜度修正数值调整平台的倾斜度、以及对该靶材进行曝光。此程序不同于传统的在线测量方法和先前的晶圆地图方法，其中在许多不同的位置处测量Z方向上距晶圆的距离，并据此计算出晶圆表面在X和y方向上的整体倾斜度。晶圆固定台接着在曝光之前被调整以对任何这样的倾斜进行最优修正，使得在晶圆扫描期间，对投射头呈现标称的平行的晶圆表面，位于光刻柱体的光轴的横切面上。扫描期间，可以使用计算出的晶圆表面高度地图来适应z方向上的变化，S卩，投射透镜与晶圆表面之间的距离变化。可以直接从先前确定的高度地图或藉由使用测量数值间的内插求出该z方向上的数值。该方法可以进一步包括，从接收自传感器的信号，导出待曝光靶材区域的表面上的高度变化的高度地图。该平台的倾斜度可以依据这一个或多个倾斜度修正数值在每一次曝光调整一次。可以针对靶材的不同区域计算多组倾斜度修正数值，而平台的倾斜度可以依据该多组倾斜度修正数值在每一次曝光调整多次。计算一个或多个倾斜度修正数值的步骤可以包含在数个预先确定的位置确定靶材的局部梯度。预先确定的位置可以包括环绕靶材周边等距离间隔开的位置。该一个或多个倾斜度修正数值可以包括在X方向上的修正以及在y方向上的倾斜度修正，其中该X及y方向彼此垂直且基本上垂直于用于对靶材进行曝光的单个射束或多个射束。曝光期间，水平传感器(level sensor)可以仅产生z方向的数据。在另一方面，本发明涉及一种用于对靶材进行曝光的光刻系统，该系统包含用于投射一个或多个射束至靶材上以对靶材进行曝光的投射透镜装置，用于承载被箝制到平台的靶材的可移动平台，多个传感器，每一传感器均用于在感测位置处测量传感器与靶材的表面间的距离，以及处理单元，用于接收来自传感器的信号并依据该接收自传感器的信号计算出一个或多个倾斜度修正数值。该平台还包括倾斜机构，用于依据一个或多个倾斜度修正数值调整平台的倾斜度。这些传感器各自均可以包含薄膜结构，该薄膜结构包括传感器，具有第一绝缘层和包含一形成于第一绝缘层的第一表面上的感测电极的第一导电膜、包含一背护电极(back guard electrode)的第二导电膜,该背护电极形成于单一平面之中且在同一平面中包含周边部分，该背护电极设置在第一绝缘层的第二表面上和第二绝缘层或保护层的第一表面上，其中背护电极的周边部分延伸超过感测电极以形成大致或完全环绕感测电极的侧护电极(side guard electrode)。 本发明的另一方面涉及一种用于测量系统中的靶材表面的拓扑结构(topology)的方法，该系统包括一组用于测量距靶材的距离的传感器。该方法包括移动该靶材至第一位置，该靶材上的测量点在此处与该传感器的第一子集重合；测量传感器的第一子集中每一传感器与靶材间的距离并依据此第一测量储存一个或多个数值；移动靶材至第二位置，该靶材上的该测量点在此处与投射透镜下的一点及传感器的第二子集重合；测量传感器的第二子集中每一传感器与靶材间的距离，并依据第二测量储存一个或多个数值；以及依据第一和第二测量的储存数值计算在该投射透镜下的该点处距靶材的距离的数值。可以藉由依据第一测量的储存数值对第二测量的储存数值进行内插来确定上述在投射透镜下的该点处距靶材的距离的数值。该方法可以进一步包括依据第一测量确定在靶材上的测量点处靶材的拓扑结构。该方法还可以包括依据第一测量确定在靶材上的测量点处靶材的弯曲量。可以藉由依据在靶材的测量点处靶材的弯曲量对第二测量的储存数值进行内插来确定在投射透镜下的点处距靶材的距离的数值。该方法还可以包括依据第一及第二测量的储存数值测量靶材的倾斜度。可以由排列成三角形配置方式的至少三个传感器的测量而得出被用来确定倾斜度的储存数值。所使用的该组传感器可以包括传感器阵列。在又另一方面中，本发明涉及一种用于曝光靶材的光刻系统。该系统包括投射透镜装置，用于投射一个或多个射束至靶材上以对该靶材进行曝光；可移动平台，用于承载靶材，该平台在至少第一方向上是可移动的；多个传感器，每一传感器均用于在感测位置处测量传感器与靶材间的距离。该多个传感器包含至少第一传感器，其在与第一方向平行且相反的方向上具有与投射透镜装置对齐且分隔开的感测位置；包括一个或多个传感器的第一子集，第一子集中的每一传感器均在垂直第一方向的方向上对齐第一传感器；以及包括一个或多个传感器的第二子集，该第二子集中的每一传感器均在垂直于第一方向的方向上与投射透镜对齐并分隔开。该系统还包含计算单元，用于计算数值，该数值与投射透镜配置和靶材之间的距离相关，该数值是基于来自传感器的第一子集的测量以及来自传感器的第二子集的测量。上述的传感器可以包括具有本文所述特征的薄膜结构，或是如本文所述的传感器阵列。
参照显示于附图中的实施例解释本发明的各个方面，其中图IA是电容式传感器的剖面视图；图IB是图IA的电容式传感器的端视图；图2是平行极板电极布置的简化示意图；图3是电容式传感器探针和接地导电靶材的示意图；
图4是以差动式测量方式布置的两个电容式传感器探针和接地导电靶材的示意图；图5是包含薄膜结构的电容式传感器的剖面视图；图6A、图6B、图6C及图6D是薄膜传感器的各种实施例的剖面视图；图6E是图6A及图6B的传感器的上视图；图6F是图6D的传感器的上视图；图7A是具有方形感测电极的薄膜传感器的上视图；图7B是图8A的传感器的剖面视图；图8A是具有圆形感测电极的薄膜传感器的上视图；图8B是图8A的传感器的剖面视图；图9A、图9B及图9C是集成差动式薄膜传感器的各种实施例的剖面视图；图9D是集成差动式薄膜传感器的上视图；图IOA至图IOD是薄膜电容式传感器的剖面视图；图11是具有连接线及接触垫的传感器的上视图；图12A及图12B是接触垫结构的剖面视图；图13A至图13D是形成于共同基板上的传感器、连接线以及接触垫的示意图；图14是安装在光刻机器上的传感器的侧视图；图15A及图15B是挠性印刷连接器的示意图；图16A及图16B是带电微粒光刻机器的投射透镜堆栈的剖面视图；图17A至图17D是具有多个传感器及集成挠性印刷连接器的可挠性印刷电路结构的不意图；图18是光刻机器上的传感器的另一种连接布置；图19A及图19B是用于将集成可挠性印刷电路结构安装于光刻机器上的布置方式的不意图；图20A及图20B是安装板上的电容式传感器的布置方式的示意图；图20C及图20D是布置为对角布置方式的电容式传感器的示意图；图21A及图21B是具有多个电容式传感器形成于其上的薄膜结构的示意图；图21C是具有多个传感器及集成挠性印刷连接器的可挠性印刷电路结构的示意图；图21D是集成挠性印刷连接器的剖面视图；图22是传感器系统及信号处理系统的示意图；图23A是具有电流源的高阻抗放大器电路的简化电路图23B是具有电流源的差动式传感器布置方式的简化电路图；图24A是具有电压源的惠斯登电桥布置方式的简化电路图；图24B是具有电压源的差动式传感器布置方式的简化电路图；图25是差动式传感器电路布置方式的简化电路图；图26是同步侦测器电路的简化电路图；图27是显示在传感器系统中的电容的示意图；图28A及图28B是具有将传感器连接至信号处理电路的缆线的装置的简化电路图；图29是同步电路的另一实施例的简化电路图； 图30是用于处理来自传感器差动对的信号的装置的简化电路图；图31是用于定位用于光刻机器的晶圆的控制系统的示意图；以及图32A及图32B是与图31的控制系统一起使用的传感器装置的示意图。
具体实施例方式以下是本发明各种实施例的说明，其仅用于示范且是参照附图进行的。电容式传感器的理论电容式传感器利用在二导电表面之间所建立的均匀电场。在短距离下，施加的电压与这些表面之间的距离成正比。单板式传感器测量单一传感器板与导电靶材表面之间的距离。图2显示了平行极板电极装置。二电极11、12之间的电容等于该二电极间的电位差在其中一个电极上感应出的电荷除以该电位差，如等式(I)所示，C =-(I)
AF这两个平行电极彼此分隔开距离d。忽略场弯曲(field bending)效应和电介质
的非均匀性，这两个电极间的电容由等式⑵给定，
￡ ￡ AC = - i丄-(2)
d .其中C是这两个电极间的电容(F)，A是该二电极的交迭面积(m2)，e ^是自由空间的介电常数(permittivity) (8. 85x 10_12F/m), e 1 是电极间的介质的相对介电常数,而d是电极间的距离(m)。当利用交流电流源13对平行极板电容器充电时，在电极之间产生的电压位准取决于电极的阻抗。平行极板电容的阻抗如等式(3)所示，Z = 2^(3)其中的Z是阻抗(Q )，f是频率(Hz)，而C是电容(F)。由等式(3)可以看出，电容式阻抗与电容的数值以及施加至电容器的信号的频率成反比。在电容式传感器的情形中，测量电参数(电压或电流)的变化，这对应于该传感器的阻抗的变化。当施加至传感器的信号的频率维持固定时，可以使得阻抗与电容的变化成反比。等式(2)显示电容是直接正比于传感器电极的交迭面积，并反比于电极间距离的变化。结合等式⑵和⑶产生以下等式
权利要求
1.一种用于对系统中的靶材(9)的表面进行曝光的方法，该系统包括一组用于测量距该靶材的距离的传感器(30)，该方法包括 将所述靶材箝制到可移动平台(134)； 移动所述靶材至一个或多个传感器被定位于所述该靶材上方的多个位置； 接收来自被定位于所述靶材上方的一个或多个传感器的信号； 依据从所述传感器接收的所述信号计算一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)； 依据所述一个或多个倾斜度修正数值调整所述平台的倾斜度；以及 对所述靶材进行曝光。
2.如权利要求I所述的方法，进一步包括从接收自所述传感器的所述信号，导出待曝光的靶材区域的表面上的高度变化的高度地图。
3.如权利要求I或2所述的方法，其中所述平台的倾斜度是依据所述一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)在每一次曝光调整一次。
4.如权利要求I或2所述的方法，其中针对所述靶材的不同区域计算多组倾斜度修正数值(Rx、Ry)，而该平台的倾斜度依据所述多组倾斜度修正数值在每一次曝光调整多次。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中计算一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)的步骤包括在数个预先确定的位置处确定所述靶材的局部梯度。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述预先确定的位置包含环绕所述靶材周边等距离间隔开的位置。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一个或多个倾斜度修正数值包含在X方向上的修正和在y方向上的倾斜度修正，其中该X及y方向彼此垂直且基本上垂直于用于对所述靶材进行曝光的单个射束或多个射束。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在曝光进行期间，水平传感器仅产生z方向上的数据。
9.一种用于对祀材(9)进行曝光的光刻系统,该系统包括 投射透镜装置(104)，用于投射一个或多个射束至所述靶材上以对所述靶材进行曝光; 可移动平台(134)，用于承载被箝制至该平台的所述靶材； 多个传感器(30)，每一传感器均用于在感测位置处测量所述传感器与所述靶材的表面间的距离；以及 处理单元，用于接收来自所述传感器的信号，并依据接收自所述传感器的信号计算出一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)， 其中所述平台进一步包括倾斜机构，用于依据所述一个或多个倾斜度修正数值调整所述平台的倾斜度。
10.如权利要求9所述的光刻系统，其中每一所述传感器各自均包含薄膜结构，该薄膜结构包含传感器(30)，具有第一绝缘层(34)以及包含形成于该第一绝缘层的第一表面上的感测电极(31)的第一导电膜、包含背护电极(35)的第二导电膜,该背护电极形成于单一平面中且包括在同一平面中的周边部分，该背护电极设置在所述第一绝缘层(34)的第二表面及第二绝缘层(43)或保护层(38)的第一表面上，其中所述背护电极的所述周边部分延伸超过所述感测电极，以形成大致或完全环绕所述感测电极的侧护电极。
11.一种用于测量系统中的靶材(9)表面的拓扑结构的方法，该系统包括一组用于测量距所述靶材的距离的传感器(30)，该方法包括 移动所述靶材至第一位置，所述靶材上的测量点在此处与所述传感器的第一子集重合； 测量所述传感器的第一子集中每一传感器与所述靶材间的距离，并依据该第一测量储存一个或多个数值； 移动所述靶材至第二位置，所述靶材上的测量点在此处与投射透镜(104)下方的点以及所述传感器的第二子集重合； 测量所述传感器的第二子集中每一传感器与所述靶材之间的距离，并依据该第二测量储存一个或多个数值；以及 依据该第一和第二测量的储存数值计算在所述投射透镜下方的所述点处距所述靶材的距离的数值。
12.如权利要求11所述的方法，其中藉由依据所述第一测量的储存数值对所述第二测量的储存数值进行内插，确定在所述投射透镜(104)下方的所述点处距所述靶材(9)的距离的数值。
13.如权利要求11或12所述的方法，进一步包括依据所述第一测量确定在所述靶材上的所述测量点处所述靶材(9)的拓扑结构。
14.如前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括依据所述第一测量确定在所述靶材上的所述测量点处所述靶材(9)的弯曲量。
15.如权利要求14所述的方法，其中藉由依据在所述靶材的所述测量点处所述靶材的弯曲量对所述第二测量的储存数值进行内插，确定在所述投射透镜(104)下方的所述点处距所述靶材(9)的距离的数值。
16.如权利要求11至15中任一项所述的方法，进一步包括依据所述第一和第二测量的储存数值测量所述靶材(9)的倾斜度。
17.如权利要求16所述的方法，其中由布置成三角形配置方式的至少三个传感器(30)的测量，得出被用来确定所述倾斜度的储存数值。
18.如权利要求11至17中任一项所述的方法，其中所述组传感器(30)包括传感器阵列。
19.一种用于对祀材(9)进行曝光的光刻系统,该系统包括 投射透镜装置(104)，用于投射一个或多个射束至所述靶材上以对所述靶材进行曝光; 可移动平台(134)，用于承载所述靶材，该平台在至少第一方向上是可移动的； 多个传感器(30)，每一传感器均用于在感测位置处测量所述传感器与所述靶材间的距离，该多个传感器包括 至少第一传感器，其在与所述第一方向平行且相反的方向上具有与所述投射透镜装置对齐且分隔开的感测位置； 包含一个或多个传感器的第一子集，该第一子集中的每一传感器均在垂直于所述第一方向的方向上对齐所述第一传感器； 包含一个或多个传感器的第二子集，该第二子集中的每一传感器均在垂直于所述第一方向的方向上与所述投射透镜对齐并分隔开；以及 计算单元，用于计算依赖于所述投射透镜装置和所述靶材之间的距离的数值，该数值是基于来自传感器的所述第一子集的测量以及来自传感器的所述第二子集的测量。
20.如权利要求19所述的光刻系统，其中每一传感器各自均包含薄膜结构，该薄膜结构包含传感器(30)，具有第一绝缘层(34)以及包含形成于所述第一绝缘层的第一表面上的感测电极(31)的第一导电膜、包含背护电极(35)的第二导电膜,该背护电极形成于单一平面中且包括在同一平面中的周边部分，所述背护电极设置在所述第一绝缘层(34)的第二表面和第二绝缘层(43)或保护层(38)的第一表面上，其中所述背护电极的所述周边部分延伸超过所述感测电极，以形成大致或完全环绕所述感测电极的侧护电极。
全文摘要
一种用于对系统中的靶材的表面进行曝光的方法，该系统包含一组用于测量距靶材的距离的传感器(30)。该方法包括将靶材箝制到可移动平台(134)、移动靶材至一个或多个传感器被定位于靶材上方的多个位置、接收来自被定位于靶材上方的一个或多个传感器的信号、依据接收自传感器的信号计算一个或多个倾斜度修正数值(Rx、Ry)、依据该一个或多个倾斜度修正数值调整平台的倾斜度、以及对靶材进行曝光。
文档编号G01D5/24GK102782584SQ201080065058
公开日2012年11月14日 申请日期2010年12月29日 优先权日2009年12月31日
发明者G.德波尔, J.J.J.范巴尔, J.J.科宁, K.P.帕德耶, N.弗吉尔, R.莫赛尔, S.W.H.K.斯坦布林克 申请人:迈普尔平版印刷Ip有限公司