用于光刻装置的水平传感器的制作方法

专利名称：用于光刻装置的水平传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光刻装置的水平传感器。
背景技术：
光刻投射装置在现有技术中是公知的，通常包括用于提供辐射投射光束的辐射系统；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；用于保持基底的基底台；用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统。
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种构图部件的示例包括■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的所需位置，并且如果需要该台会相对光束移动。
■程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中过滤所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地绕一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此已寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到无寻址的反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
■程控LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。
为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。
光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单个晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投射系统每次一个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，在两种不同类型的机器中有区别。一类光刻投影装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器或分步重复装置。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6046792中获得，该文献作为参考引入这里。
在使用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底(也称为晶片)上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，使例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层随后可进行不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等，完成一单层所需的所有工艺。如果需要多层，那么应对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，由此单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Petervan Zant的“微型集成电路片制造半导体加工实践入门(Microchip FabricationA Practical Guide to Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw HillPublishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。
为了简单起见，投射系统在下文称为“镜头”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投射系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计操作的部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。
投射透镜具有大数值孔径，因此具有窄聚焦面。将图案成像到基底上时，有必要确保基底的最上面表面(即图案所要成像到其上的表面)位于投射透镜的聚焦面内。水平传感器用于决定基底的最上面表面的位置。如果水平传感器显示基底的最上面表面没有位于投射透镜的聚焦面内，支撑基底的基底台的高度就会相应地得到校正。
水平传感器也用于测量可能出现在基底表面的任何倾斜。基底台也会相应地倾斜。
水平传感器是光刻投射装置中重要的一部分。由于光刻装置所使用的波长变得更短，投射透镜的焦深变短，水平传感器的精度就逐渐地变得重要。
用于光刻投射装置的水平传感器常常受到工艺相关性(processdependency)的影响。工艺相关性是水平传感器测量提供不同结果的一种误差形式，取决于受测基底预先经过何种工艺。例如，一种水平传感器可以为包括涂敷了单层抗蚀剂的硅基底晶片提供特定的高度测量，也可以为包括涂敷了几层抗蚀剂的硅基底晶片提供不同的高度测量，即使两个晶片处于相同的实际高度。该误差被称作工艺相关视在表面凹陷，并推定为由被称作Goos-Haenchen(古斯-享琴)移位的光学效应引起参考文献F.Goos和H.Haenchen，物理学年报1(6)，333(1947)。Goos-Haenchen移位是反射过程中光线沿着反射表面(在这种情况下是抗蚀剂)的横向位移。移位取决于基底的材料和层结构，此外还取决于波长和偏振。由于视在表面凹陷的作用，基底不能准确地定位在投射透镜的聚焦面内。当发生这种情况时，成像到基底上的图案的分辨率将会受到危害。
由于其自身的性质，工艺相关视在表面凹陷非常难以监测。尽管可以对工艺相关性进行一些校正，但残余工艺相关视在表面凹陷仍会存在。不同的工艺引起广泛变化的视在表面凹陷，因此对于每一种工艺需要不同的校正。此外，不同光刻装置对于相同的工艺也会发生广泛变化的视在表面凹陷(即给定的工艺会在某个光刻装置中引起特定的视在表面凹陷，还会在不同的光刻装置中引起完全不同的视在表面凹陷)。这意味着对某一光刻装置所进行的校正不能用于另一个光刻装置。

发明内容
本发明的一个目的是基本上克服或减轻上述问题中的至少一个。
根据本发明的第一方面，提供一种用于光刻投射装置的水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器和一个检测器，该第一反射器定位为将来自该光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位为将从晶片表面反射的光导向检测器，其中对该第一和第二反射器进行选择从而引起最小的工艺相关视在表面凹陷。
该术语“光”不限于可见光谱内的电磁辐射，而是意味着包括任何具有适合波长的电磁辐射。
该术语“结构”不限于反射镜的固有物理特性，还可以包括反射镜的位置和方向。
该术语“最小的”无意将本发明限制为工艺相关视在表面凹陷基本上为零的情况。而本意是对于引起一个可能的视在表面凹陷范围的给定反射器类型，该反射器的结构是这样的，即视在表面凹陷处于该范围的较低部分内。
本发明起因于发明者的认识，即视在表面凹陷的工艺相关性不是仅仅由基底表面引起的，也是由水平传感器的反射镜引起的(由于反射镜没有被晶片处理过程以任何方式更改，该认识是一种反直觉的)。
最小视在表面凹陷可以是第一和第二反射镜组合的视在表面凹陷的净最小值。
可选择地，最小视在表面凹陷可以是第一和第二反射镜加上晶片表面的组合的视在表面凹陷的净最小值。
根据本发明的第二方面，提供多个光刻投射装置，包括用于提供辐射投射光束的辐射系统；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；用于保持基底的基底台；用于将带图案的光束投射到基底靶部上的投射系统。
其中每个光刻装置还包括一个水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位为将来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位为将从晶片表面反射的光导向检测器，其中每个水平传感器的第一和第二反射器基本上相同，因此基本上消除了每个光刻装置之间的工艺相关视在表面凹陷的相对变化。
该第一和第二反射器可以是反射镜。
该反射镜可以是金属的并且可以涂敷透明材料。该术语“透明的”意味着对于光源产生的一个或多个波长都足够地透明，从而使该水平传感器精确地工作。
该材料可以是氧化物、氟化物、或者任何其它适合的材料。该材料可以是例如Al2O3，MgF2或SiO2。
该材料可以是厚度为275+/-40nm的Al2O3，或者具有等效的光学厚度的另一种材料。
该材料可以是在第一反射镜上厚度为220+/-40nm以及在第二反射镜上厚度为90+/-40nm的Al2O3。可以使用两者之间具有相似厚度差的其它它厚度。
可以使用其它具有等效光学厚度的其它材料。
该反射镜可以是Ag、Al、Au或其它适合的金属材料。
该反射镜可以是涂敷了其自身氧化物层的铝。该术语“涂敷”不意味着自身氧化物层被主动地施加，相反，自身氧化物层为被动施加。
该对反射器可以包括三棱镜或五角棱镜的两个表面。
该反射镜可以是介质镜。
根据本发明的另一方面，提供一种用于光刻投射装置的水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位为将来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位为将从晶片表面反射的光导向检测器，其中该反射器成对设置，其具有的结构为每对反射器提供基本上为零的视在表面凹陷。
在本申请中，本发明的光刻装置具体说明用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头的引导和检测图案等。本领域的技术人员将理解，在这些可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“划线板”，“晶片”或者“电路小片”的使用应认为分别可以由更通用的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。
在本申请中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和极远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。


现在仅通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施方案，其中相应的附图标记表示相应的部件，其中图1表示一种具有水平传感器的光刻投射装置；图2表示一种本发明可以适用的水平传感器；图3表示一种水平传感器以及发明者指出的和本发明解决的相关问题；图4表示一种本发明可以适用的可选择的水平传感器；图5表示体现本发明水平传感器的部分；图6表示体现本发明的水平传感器；图7、8和9为表示利用用于构建本发明实施例的模型所获得的结果的图示。
具体实施例方式
图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻投影装置1。该装置包括；辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如UV辐射)，在该具体的例子中该辐射系统还包括辐射源LA；第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置(未示出)连接；第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置(未示出)连接；投射系统(“镜头”)PL(例如，石英和/或CaF2透镜系统或包含有由这样的材料制成的透镜元件的反折射系统，或反射镜系统)，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片)上。
如上所述，该装置是透射型的(即具有透射掩模)。但是该装置通常也可以例如是反射型的(具有反射掩模)。或者该装置可以采用其它类型的构图部件，例如上述程控反射镜阵列型。
辐射源LA(例如ArF激光器)产生辐射光束(如，193nm)。该光束直接或经过如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有理想的均匀性和强度分布。
应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当光源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过适当的导向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。
光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。经过掩模MA之后的光束PB通过镜头PL，该镜头将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可仅与短冲程致动器连接，或者固定。掩模MA和基底W可以利用掩模对准记号M1、M2及基底对准记号P1、P2对准。
所示的装置可以按照二种不同模式使用1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。
2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但所不同的是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是镜头PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而不损害分辨率。
一种用于测量基底W的最上面的表面的高度和斜度的水平传感器，在图1中一般表示为LS。相应地升高或降低，并且倾斜晶片台WT以确保基底W的最上面的表面位于投射透镜PL的聚焦面内。
图2表示了一种本发明可以适用的水平传感器。由适合的辐射源S产生的光束1经过折叠式反射镜2被导向基底3。光束1从基底的表面反射并经过第二折叠式反射镜4导向检测器5。
基底3表面高度的变化被视为光束1入射到检测器5上的位置的位移。例如，如果基底的表面是平的，那么光束1就入射到检测器5的中心。如果基底的表面包含由虚线3a表示的凹痕，那么光束反射点就变位了，如虚线1a所示。检测器5处就会出现光束1a连带的平移，表示基底表面高度已变化。因此基底3的表面高度受到水平传感器的密切监控。
由于光束1通常没有完全直接地从基底3的上表面反射，视在表面凹陷就出现了。取而代之的是，光束1的一部分在被反射之前，沿着基底3的表面平移了一小段距离(这被称为是Goos-Haenchen移位)。通常，平移的距离为光束的一个波长数量级。
如果将平移的距离保持恒定，那么校正水平传感器以解决视在表面凹陷将会是可能的。然而，已经发现视在表面凹陷与基底表面的结构有很强的相关性。例如，涂敷了一定厚度和折射率光刻胶的硅晶片将会引起视在表面凹陷，然而包括涂敷了另一厚度和/或折射率光刻胶的硅晶片的基底可以引起完全不同的视在表面凹陷。包括涂敷了几层抗蚀剂的晶片的基底能够引起完全不同的视在视在表面凹陷。通过确保光束1具有宽波带和多种偏振，就减少了视在表面凹陷的工艺相关性。本发明提供另一种减少视在表面凹陷的工艺相关性的方式。这是通过选择如下所述的折叠式反射镜2、4实现的。
发明者认识到水平传感器的折叠式反射镜2、4是工艺相关性的一个主要来源。这乍一看显得不可能，因为当对基底进行处理时，折叠式反射镜2、4不会以任何方式改变，而取而代之的是通常保持不变。实际上似乎是这种情况，即由于基底是经过处理的唯一物品，工艺相关性一定是完全由基底所引起的。然而，发明者已经认识到反射镜引起与波长和偏振相关的视在表面凹陷。对基底进行的处理起到滤光器的作用。由反射器/反射镜引起的波长和偏振相关误差添加到由基底表面产生的视在表面凹陷，从而引起组合视在表面凹陷，其根据不同光刻装置以及不同工艺而变化。此外，发明者已经认识到恰当地选择反射镜会减少这种变化。
反射镜和基底表面的组合影响的简化实例示于图3中。参照图3a，水平传感器的光源提供包括p偏振光和s偏振光的光束1。折叠式反射镜2具有偏振相关Goos-Haenchen移位，其引起了p偏振光的平移(s偏振光不平移)。通过折叠式反射镜2的反射，光束分为两部分用虚线1c表示的平移p偏振光束，以及由点划线1d表示的非平移s偏振光束。基底3的表面反射p偏振光束时具有附加的微小平移(s偏振光束不平移)。检测器5将p偏振光束和s偏振光束作为具有中心点6的单一光束进行检测(假设p偏振光束和s偏振光束具有相同的强度)。测得的高度包括部分由反射镜2引起并且部分由基底3引起的视在表面凹陷。
图3b表示使用相同水平传感器检测具有不同表面的基底3的效果。反射镜2具有相同的波长相关Goos-Haenchen移位，但是基底提供大得多的移位，其结果是受测光束的中心点6向左移位。当使用两个水平传感器测量图3a和3b的基底时，每个水平传感器将受到不同的视在表面凹陷误差的影响，这归因于水平传感器的反射镜之间的差别。
以上的例子为了举例说明的目的进行了极度地简化。其中有几个不同的方面增加了视在表面凹陷复杂性。当基底3包括“晶片组(stack)”(即涂敷了几层工艺层的晶片)时，其起到偏振滤光器的作用，优选反射s偏振光。这意味着在检测器5处p偏振光束1c和s偏振光束1d的强度不相等，引起了受测中心点6的移位。此外，反射镜4会引起偏振相关Goos-Haenchen移位。
如上所述，光束1不是单一波长而是包括一个宽波长带。由于在过去已经发现使用该宽带以减少视在表面凹陷(通过对波长相关Goos-Haenchen移位取平均值)。波长相关Goos-Haenchen移位在每个折叠式反射镜2、4和基底3的表面处出现。此外，该折叠式反射镜2、4并且特别是基底3可以起到波长滤光器的作用。
由折叠式反射镜2、4和基底3所提供的该偏振相关和波长相关Goos-Haenchen移位，和偏振相关和波长相关滤光一起引起了具有非常复杂的工艺相关性的视在表面凹陷。
已经发现该视在表面凹陷在不同工艺之间(即处理过的基底和处理过的基底之间)以及在不同水平传感器之间改变。而直到现在才认识到反射镜对工艺相关视在表面凹陷有显著的影响。
除了认识到反射镜对视在表面凹陷有重要影响之外，发明者还已经认识到通过选取恰当的反射镜来控制引起Goos-Haenchen移位的反射镜参数，可以减轻这种影响。
选取恰当的反射镜具有三方面的好处。可以选择反射镜以提供具有减少了视在表面凹陷的水平传感器(对于各种经处理的基底)，从而为所给的水平传感器提供改进了的水平传感。同样可以选择反射镜以提供对微小处理变化(例如抗蚀剂和氧化物厚度变化)稳固的具有视在表面凹陷的水平传感器。特别是需要通过校正值为视在表面凹陷校正水平时，需要更少的测量以确定这些校正值，同样这些也可以应用在具有相同产品的其它领域和晶片中。
此外，如果使用几个光刻装置，通过确保光刻装置中的水平传感器反射镜都具有相同的性质(即全部引起相同的Goos-Haenchen移位)，工艺相关视在视在表面凹陷的机器和机器之间的变化可基本上被消除。
因此，在本发明一个方面的实施例中，将水平传感器设置在多重光刻装置中，水平传感器的反射镜具有基本上相同的光学性质。该反射镜可以是金属的，例如Ag，并可以设置有涂层，例如Al2O3(也可以使用其它涂层材料)。发明者已经发现该涂层会引起Goos-Haenchen移位，该移位的波长和偏振相关性取决于涂层的厚度。因此在本发明的这个实施例中，控制用于水平传感器的反射镜涂层的厚度来提供最小化的Goos-Haenchen移位(适当的Al2O3厚度将在下文进一步描述)。可以确定一个水平传感器“族”(以及它们所安装到的光刻装置)，该“族”的水平传感器反射镜基本上相同。例如，可以指定这些反射镜全部在一个批次中装配在一起。
金属反射镜可选择的例子是具有铝涂层并涂敷其自身氧化物的反射镜。在沉积了铝涂层之后，铝涂层暴露于空气中时其自身氧化物自然地生长。铝氧化物的厚度仍将保持微小，通常小于10nm，已经发现这个数量级的厚度产生Goos-Haenchen移位。然而，涂层的厚度在反射镜和反射镜之间非常一致，从而提供具有基本上性质相同的反射镜。不需要在Ag反射镜上提供自身氧化物涂层，是因为这将导致反射镜表面变黑。
可获得基本上相同光学性质的水平传感器反射镜的另一种方法是使用Au反射镜。在Au反射镜表面无需涂层，其结果是由反射镜引起的Goos-Haenchen移位在反射镜和反射镜之间基本上相同。
消除机器和机器之间的工艺相关视在表面凹陷的变化是特别有利的。当前，可以对光刻装置中已经进行了特定工艺(工艺A)的基底进行视在表面凹陷的校正。该校正用于每次使用经过工艺A的基底的光刻装置。该校正耗费时间并且花费大。当利用现有技术的水平传感器时，对于工艺A需要分开校正第二个光刻装置的水平传感器，对于第三、第四个等光刻装置也是类似的。如果利用本发明的第一方面，即水平传感器的反射镜具有基本上相同的性质，对于工艺A仅仅必须校正一个水平传感器，并且将所得到的校正用于所有水平传感器(即用于该水平传感器所安装到的所有光刻装置)。这就提供了明显的时间和成本上的节约。类似地，对于已经实施了不同工艺B的基底，校正一个水平传感器并且将所得到的校正用于全部水平传感器(即用于该水平传感器所安装到的所有光刻装置)。
除了确保不同水平传感器的反射镜具有基本上相同的性质之外，提供引起最小视在表面凹陷的反射镜也是有利的。假定可以对每个工艺进行校正，其可以用于许多水平传感器，似乎这是不必要的。然而该校正不会消除视在表面凹陷。例如，考虑具有半导体区域和铜区域的基底。这些情况中的每一种都会引起不同的视在表面凹陷，所以尽管可以校正平均视在表面凹陷，但基底的特别区域仍会使水平传感器受到不同的视在表面凹陷的损害。
本发明的第二方面的实施例包括设置有反射镜的水平传感器，该反射镜具有经过选择的光学性质从而将工艺相关视在表面凹陷最小化。例如，本发明的第二方面可以具体化为具有金属反射镜的水平传感器。参照图2，该水平传感器包括辐射源S、检测器5、以及包括有Al2O3涂层(可以使用其它适合的涂层)的Ag衬底的折叠式反射镜2、4。发明者发现涂层会引起Goos-Haenchen移位，移位的波长和偏振相关性取决于涂层的厚度。因此在本发明的这个实施例中，用于水平传感器的反射镜Al2O3涂层的厚度经过选择以提供最小化的Goos-Haenchen移位。适当的厚度某种程度上取决于基底3所经过的工艺。然而，已经发现275nm的Al2O3涂层通常提供有利的结果。提供有利结果的其它涂层厚度下面结合附图7到9进行描述。
本发明的第一和第二方面除了可以应用于图2所示形式的水平传感器之外，还可以用于其它形式的水平传感器。例如，图4表示一种可以应用本发明的另一种水平传感器。
参照图4，一种水平传感器包括辐射源S、检测器5和四个折叠式反射镜2a、2b、4a、4b。能够看出图4中所示的水平传感器除了折叠式反射镜2、4分别被一对折叠式反射镜2a、2b和4a、4b取代之外，都对应于图2中所示的水平传感器。
可以理解本发明并不限于使用金属折叠式反射镜的水平传感器，使用任意形式的光束转向光学器件也可以应用于本发明。光束转向光学器件可以包括例如设置为允许光束进入棱镜的棱镜，光束在以不同角度离开棱镜之前，经过从棱镜一个面上的内部反射。该棱镜可以设置为在提供反射的面的外侧具有涂层，根据本发明控制该涂层从而提供最小化的Goos-Haenchen移位。此外或可供选择地，可以校正光束进入棱镜的入射角度从而减少在棱镜处产生的Goos-Haenchen移位。
在本发明的可选实施例中，金属反射镜被完全介质镜取代，即包括不导电介质的反射镜。介质镜具有零Goos-Haenchen移位影响，且不会有助于视在表面凹陷。视在表面凹陷仅会出现在反射表面，引起取决于入射角度的反射光的相位突变。在数学关系中，视在表面凹陷仅仅当满足以下关系时发生∂φ∂θi≠0]]>其中φ为相位突变(复反射系数的辐角)以及θi为光束的入射角度。对于空气和电介质(具有纯实际折射率)之间的边界，导数为零。使用介质镜的不足在于它们优选反射s偏振光，其结果是由晶片表面引起的视在表面凹陷增强了(损失了由使用全部偏振所提供的平均影响)。使用介质镜的优点在于，由于视在表面凹陷完全由晶片的表面引起，机器和机器之间视在表面凹陷的变化基本上被消除。
本发明实施例所应用的介质镜包括在其背面具有抗反射涂层的硅片。由硅引起的反射损失处于一个可以接受的低水平。介质镜可以使用任何适合的材料实现。实施例可以是例如图2或图4所示的类型。
在本发明另一个可选实施例中，水平传感器的每个折叠式反射镜可以被一对金属反射镜取代。由于反射镜设置为第二反射镜所提供的Goos-Haenchen移位与第一反射镜所提供的是相反的，每对金属反射镜提供零净Goos-Haenchen移位。适合的反射镜对的例子如图5b所示。参照图5b，一对相同的金属反射镜21、22对称设置以使光束23以相同的入射角入射到两个反射镜上。由于金属反射镜21、22是相同的，包括具有相同的涂层厚度，由每个反射镜引起的Goos-Haenchen移位抵消，从而引起为零的净视在表面凹陷。由于反射镜设置的对称性，这对于每个波长和每个偏振状态都是有效的。
通过把反射镜21、22与图5a所示的单一反射镜相比较能够理解它们的作用。参照附图5a，光束24入射到反射镜25上。光束的P偏振光刚一反射就被反射镜25平移，而光束的s偏振光不会这样。这使s偏振光束24a和p偏振光束24b出现空间分离。在图5b中，在反射镜22处的Goos-Haenchen移位产生s偏振光束23a和p偏振光束23b。然而由于反射镜结构的对称性，在反射镜21处出现相等但相反的Goos-Haenchen移位，所以光束23a、23b重新组合而形成单一光束23。
可以理解还有其它结构的光学器件，使得利用两个反射以基本上消除Goos-Haenchen移位成为可能。例如，可以使用适合维数的反射棱镜(该棱镜可以具有任意适合数量的边)内的两个内反射。
本发明这个实施例的缺点以及图5所示的实施例的缺点在于，与图2所示的发明实施例相比，其占据了额外的空间。
在本发明另一个可选的实施例中，水平传感器被构造为使用两个不同的金属反射镜，这两个反射镜这样选择即在第一反射镜处出现的Goos-Haenchen移位至少部分地被在第二反射镜处出现的Goos-Haenchen移位所校正，从而引起最小化的视在表面凹陷。这示意性地示于图6中。水平传感器的第一反射镜32引起p偏振光31c的反射的移位而不会影响s偏振光31b，但是水平传感器的第二反射镜34引起s偏振光31b的反射的移位而不会影响p偏振光31c(为了简化说明，假设基底33不会引起任何移位)。由反射镜32、34引起的净视在视在表面凹陷为零。
可以理解在实际中有许多变量会使对提供最小净视在表面凹陷的两个反射镜的选择变得复杂(使用不同反射镜或相同反射镜)。不依赖于反射镜的变量是水平传感器光束入射到反射镜的角度、水平传感器光束的波长范围和水平传感器光束的偏振状态。反射镜自身的变量是反射镜上涂层的数量和每一涂层的厚度。
发明者已经为包括两个基于具有Al2O3涂层的Ag衬底的折叠式反射镜的水平传感器，模拟了涂层厚度的影响，在该水平传感器中使用波长在600-1050nm范围内的非偏振光束(由卤素灯产生)。光入射到折叠式反射镜上的角度为55度。相对于包括硅上光刻胶和铝上光刻胶的基底模拟了水平传感器的性能。光入射到基底上的角度为70度。
对于给定的反射镜对涂层厚度，为抗蚀剂厚度的范围(200-1000nm)确定由反射镜引起的视在表面凹陷，先为硅和光刻胶衬底确定，然后为铝和光刻胶衬底确定，给出两组视在表面凹陷值。通过从第一组中减去第二组获得一组差分值，并且获得该组的加权平均值。该模型没有包括由基底引起的视在表面凹陷。
图7中所示的图表图解说明了视在表面凹陷，它展示了作为反射镜涂层厚度函数的最大值和最小值。在图7b中，峰部(图7a中浅灰色区域)表示大误差，而凹部(图7a中深灰色区域)表示小误差。可以从图7中看出全部最小值出现在不相等涂层厚度结合处。尽管图7所示的数据是复杂的，但能够看出，概括地讲通过将一个反射镜的涂层设置得比另一个反射镜的涂层厚或薄大约140nm就会实现相当低的误差。例如，第一反射镜具有70nm厚的涂层，第二反射镜具有210nm厚的涂层。能够从图7中看出，涂层厚度在合理范围内的变化还将提供相当好的性能。+/-40nm的公差是可能的。现代制造方法允许涂层厚度控制在20nm内。这种对涂层厚度的改进控制允许所要制作的反射镜涂层位于具有最小误差的区域中心。合理的目标厚度将是210+/-20nm和70+/-20nm。
能够从图7中看出当两个反射镜都设置为零厚度(即没有)涂层时会出现小误差；这是由于反射镜的金属引起小Goos-Haenchen移位。
假设没有由基底引起的视在表面凹陷，这个模型表示会引起最小视在表面凹陷的反射镜-涂层厚度。在实际中，已公知基底总会引起一些视在表面凹陷，因此这个模型作用有限。然而该模型对于为安装于光刻装置中的水平传感器确定恰当的反射镜-涂层厚度是有效的，其将被用于很多不同的经处理的基底(因为模拟由基底引起的视在表面凹陷是不可能的)。
在某些例子中可以预先获知光刻装置将被用于特别给定的经处理的基底。如果情况是一个模型可以用于确定提供最小视在表面凹陷的反射镜涂层厚度，则应考虑由基底引起的视在表面凹陷。
可以理解这表示与以上的实施例相比有效的步骤。取代最小化或消除由反射镜引起的视在表面凹陷，而将由反射镜引起的该视在表面凹陷用于抵消基底上出现的视在表面凹陷(即，使净全部视在表面凹陷最小化)。
对于最佳涂层组参数的解决方案的范围很大。最适宜的选择取决于水平传感器光束入射到反射镜上的角度、水平传感器光束的波长范围和偏振状态、反射镜上涂层的数量和每个涂层的厚度。附加变量是水平传感器入射到基底上的角度，以及所期望的基底上材料的组合。
发明者构建了第二个模型，对于具有两个基于有Al2O3涂层的Ag衬底的折叠式反射镜，水平传感器光束包括在600-1050nm波长范围内的非偏振光，基底包括硅上光刻胶和铝上光刻胶。光入射到折叠式反射镜上的角度是55度。光入射到基底上的角度是70度。
在抗蚀剂厚度范围200-600nm内，反射镜和基底的视在表面凹陷影响被平均计算出(该模型与上述另一个模型以相同的方式工作，除了基底的视在表面凹陷影响也包含于模型中)。图8b表示改变反射镜涂层厚度的影响，峰部表示大误差以及凹部表示小误差(这在图8a中以二维方式表示)。从图8中能够看出最小误差近似地集中出现在两个反射镜的涂层厚度均为275nm的区域中。图8表示出现最小误差的涂层厚度范围非常大，一般说来大约为100nm，在该区域中可以期待能够接受的结果。在本发明的优选实施例中，涂层厚度集中于275nm，该厚度具有+/-40nm的公差。现代涂层方法可以控制厚度的公差为+/-20nm，由于其使涂层厚度与优选值275nm保持接近，这是优选的。
当着眼于图8时，可以看出，由于涂层厚度没有与最小误差精确符合，优选值275nm的选择是不正确的。然而当选择优选值时，远离具有大梯度的图8的区域是有益的。这是因为如果系统发生微小的变化，例如设置于基底上的氧化物层厚度的微小变化，那么极接近大梯度可以引起大误差出现。基于小误差和小梯度的结合选择275nm是最佳的。
能够从图8中看出，低误差出现在一个反射镜具有大约为275nm的涂层厚度而另一个具有大约为520nm的涂层厚度的区域中。这个区域也可以用于实现低误差，尽管将涂层的厚度控制在520nm很困难(涂层越厚，越难控制其厚度)。
第二个模型是对于特定基底确定的，即具有200nm-600nm厚度范围的硅上光刻胶。如果所知的光刻装置(水平传感器安装于其上)将要用于这个基底，该模型可以用于为水平传感器选择恰当的反射镜，例如具有275nm厚的涂层。如果所知的光刻装置(以及水平传感器)将要用于不同的基底，可以改进该模型从而为水平传感器确定恰当的反射镜。对于那些欲用于给定光刻装置的已处理基底，以这种方法可以将反射镜改装成最理想的。
由于上述原因，一个“族”的不同光刻装置的水平传感器之间的一致性是重要的。一般理想的是将光刻机器之间的差别，即所谓的机器到机器的变化最小化。发明者使该模型适合于测量两个机器之间视在表面凹陷影响的变化，作为水平传感器的反射镜上氧化物涂层的厚度的函数。图9表示由该模型产生的结果。参考图9能够看出具有机器之间最小误差的区域集中在两个反射镜的氧化物厚度为75nm和240nm处，或者一个反射镜上为75nm而另一个反射镜上为240nm的组合。图9中所示的结果是为制造公差而优选的有效Al2O3厚度。
考虑根据模型得到的结果，如图7到9所示，已经确定了如果要使用两个具有相同涂层厚度的反射镜，那么涂层的最佳厚度是275nm。所能够应用的涂层厚度的精确度可以从+/-40nm到+/-20nm变化。
考虑根据模型得到的结果，如图7到9所示，已经确定了如果要使用两个具有不同涂层厚度的反射镜，那么厚度差应约为130nm。例如，第一反射镜可以具有90nm厚的涂层并且第二反射镜可以具有220nm厚的涂层。这些数值与图7所获得的有微小的不同。这是为了提供改进了的机器到机器的变化。这些所能够应用的涂层厚度的精度可以从+/-40nm到+/-20nm变化。
通过提高控制涂层厚度的精度改进机器到机器之间的变化。这是优选良好受控厚度的另一个原因。
如上所述，涂层厚度的优选值可以取决于光入射到水平传感器的折叠式反射镜上的角度，或者光入射到基底上的角度。这二者都已经通过使用由发明者开发的模型进行了研究。已经发现光入射到折叠式反射镜上的角度(55度)+/-5度的变化不会显著地改变模型的输出。类似地，已经发现光入射到基底上的角度(70度)+/-5度的变化不会显著地改变模型的输出。因此能够推断选择反射镜的涂层对于入射角度的实际范围是有用的。
涂层厚度的优选值通过使用基于Ag反射镜的模型得到确定。发明者用Al反射镜取代Ag反射镜，并且发现涂层厚度的优选值保持相同。
涂层厚度的优选值通过使用Al2O3得到确定。可以理解不同材料可以用于制作涂层，例如SiO2或MgF2。该材料的重要性质是它是透明的，即对于光源产生的一个波长或多个波长足够透明从而使水平传感器正确地运行。如果使用不同于Al2O3的其它材料，应校正涂层厚度的优选值以考虑所用材料和Al2O3之间折射率的差别。换句话说，氧化物层的光学厚度应该和Al2O3层的厚度等效。术语“光学厚度”指一种材料的厚度和该材料的折射率的乘积。例如，波长为800nm时(这是本发明实施例的水平传感器所使用的光的中心波长)，Al2O3的折射率为1.57。因此275nm的Al2O3层的光学厚度是275×1.57，为432nm。对于这个例子，如果使用不同于Al2O3的材料，该材料的厚度应选择为能够提供432nm的光学厚度。
以上已描述本发明的具体实施例，但应当理解本发明除上述之外，可以采用其它方式进行实施。本说明不作为本发明的限定。
权利要求
1.一种用于光刻投射装置的水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位成使来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位成将从晶片表面反射的光导向检测器，其中对该第一和第二反射器进行选择，从而产生最小的工艺相关视在表面凹陷。
2.多个光刻投射装置，包括用于提供辐射投射光束的辐射系统；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件用于根据所需的图案对投射光束进行构图；用于保持基底的基底台；用于将带图案的光束投射到基底的靶部上的投射系统，其中每个光刻装置还包括一个水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位成使来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位成将从晶片表面反射的光导向检测器，其中每个水平传感器的第一和第二反射器基本上相同，因此基本上消除了每个光刻装置之间的工艺相关视在表面凹陷的相对变化。
3.根据权利要求1或2的装置，其中该第一和第二反射器为反射镜。
4.根据权利要求3的装置，其中该反射镜是金属的，并且涂敷有一种透明材料。
5.根据权利要求4的装置，其中该材料是Al2O3、MgF2或SiO2中的一种。
6.根据权利要求3或4的装置，其中在每个反射镜上的涂层是厚度为275+/-40nm的Al2O3，或者是具有等效光学厚度的另一种材料。
7.根据权利要求3或4的装置，其中在每个反射镜上设置不同的涂层厚度，反射镜上的涂层是Al2O3并且厚度差是130+/-40nm。
8.根据权利要求7的装置，其中一个反射镜具有90+/-40nm厚的涂层，另一个反射镜具有220+/-40nm厚的涂层。
9.根据权利要求3或4的装置，其中在每个反射镜上设置不同的涂层厚度，反射镜上的涂层是除Al2O3之外的材料，厚度差为光学等效于130+/-40nm的Al2O3。
10.根据权利要求9的装置，其中一个反射镜具有光学等效于90+/-40nm厚的Al2O3的涂层，另一个反射镜具有光学等效于220+/-40nm厚的Al2O3的涂层。
11.根据权利要求4至10中之任一项的装置，其中金属反射镜为Ag。
12.根据权利要求4至10中之任一项的装置，其中金属反射镜为Al。
13.根据权利要求4的装置，其中该反射镜是Al并且涂敷了其自身氧化物层。
14.根据权利要求3的装置，其中该反射镜是Au。
15.根据权利要求3的装置，其中该反射镜是介质镜。
16.一种用于光刻投射装置的水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位成使来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位成将从晶片表面反射的光导向检测器，其中该反射器成对设置，其具有的结构为每对反射器提供基本上为零的视在表面凹陷。
17.根据权利要求16的装置，其中该对反射器包括三棱镜或五棱镜的两个表面。
全文摘要
一种用于光刻投射装置的水平传感器，该水平传感器包括一个光源、一个第一反射器、一个第二反射器以及一个检测器，该第一反射器定位成使来自光源的光导向晶片表面，该第二反射器定位成将从晶片表面反射的光导向检测器，其中对第一和第二反射器进行选择，从而产生最小的工艺相关视在表面凹陷。
文档编号H01L21/027GK1517798SQ20041000582
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月13日 优先权日2003年1月14日
发明者P·A·A·特尼森, P·J·M·布鲁德巴克, R·M·G·J·奎恩斯, G J 奎恩斯, M 布鲁德巴克, P A A 特尼森 申请人:Asml荷兰有限公司