專利名稱：水平傳感器、光刻設(shè)備以及器件制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻設(shè)備。更為特別地，本發(fā)明涉及用于光刻設(shè)備中用來(lái)確定襯底表面高度的水平傳感器。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及光刻投影設(shè)備和器件制作方法。
背景技術(shù)：
光刻設(shè)備是一種把預(yù)期圖形應(yīng)用到襯底目標(biāo)區(qū)域的機(jī)器。光刻設(shè)備可以用于制作例如集成電路(IC)。在這種示例中，可以使用備選地稱為掩?；蚍謩澃宓臉?gòu)圖裝置，以產(chǎn)生將在IC單個(gè)層上形成的電路圖形。這個(gè)圖形可以被傳遞到襯底(例如硅晶片)的目標(biāo)區(qū)域(例如包括一個(gè)芯片或多個(gè)芯片的局部)。該圖形的傳遞通常是通過(guò)成像到設(shè)于襯底上的輻射敏感材料(刻蝕劑)層上。通常，單個(gè)襯底會(huì)包括連續(xù)圖形化的相鄰目標(biāo)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)。已知的光刻設(shè)備包括所謂的步進(jìn)機(jī)(stepper)，其中通過(guò)將整個(gè)圖形曝光到目標(biāo)區(qū)域一次以輻射各個(gè)目標(biāo)區(qū)域，以及所謂的掃描器(scanner)，其中通過(guò)投影束沿特定方向(“掃描”方向)掃描圖形，同時(shí)平行或反平行于這個(gè)方向同步掃描襯底，從而輻射各個(gè)目標(biāo)區(qū)域。有可能通過(guò)壓印將圖形壓印到襯底上，從而將圖形從構(gòu)圖裝置轉(zhuǎn)移到襯底上。
盡管在本說(shuō)明書中會(huì)具體地參考在集成電路(IC)制作中光刻設(shè)備的使用，但應(yīng)該了解到，這里描述的光刻設(shè)備可以具有其它用途，例如集成光學(xué)系統(tǒng)、用于磁疇存儲(chǔ)器的引導(dǎo)和檢測(cè)圖形、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等的制作。技術(shù)人員將了解到，在這些備選應(yīng)用的情況中，使用術(shù)語(yǔ)“晶片”或“芯片”可以分別看作與更普通的術(shù)語(yǔ)“襯底”或“目標(biāo)區(qū)域”同義。這里所指的襯底在曝光之前或曝光之后可以在例如涂膠顯影(例如，通常把抗蝕劑層涂敷到襯底上并對(duì)曝光后的抗蝕劑進(jìn)行顯影的一種工具)或一個(gè)測(cè)量或檢查工具內(nèi)進(jìn)行處理。在本發(fā)明可應(yīng)用的場(chǎng)合中，這里所公開的內(nèi)容可應(yīng)用于這些以及其它襯底處理工具。此外，例如，為了創(chuàng)建一個(gè)多層IC，可以不止一次地處理襯底，因此這里使用的襯底這個(gè)術(shù)語(yǔ)也可指已經(jīng)包括多個(gè)已處理過(guò)的層的襯底。
盡管上面具體地參考本發(fā)明實(shí)施例在光學(xué)光刻情形中的使用，但將會(huì)了解到，本發(fā)明可以用于例如壓印光刻的其它用途，且在情況允許的場(chǎng)合中，本發(fā)明不限于光學(xué)光刻。在壓印光刻中，構(gòu)圖裝置中的形貌定義了在襯底上產(chǎn)生的圖形。構(gòu)圖裝置中的形貌被印刷到涂敷在襯底上的刻蝕劑層上，通過(guò)對(duì)該刻蝕劑施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而使其固化。在該刻蝕劑固化之后，從刻蝕劑移出構(gòu)圖裝置，從而在刻蝕劑中形成圖形。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“輻射”及“射束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如，波長(zhǎng)為365、248、193、157、或126nm)與超紫外(EUV)輻射(例如，波長(zhǎng)范圍為5至20nm)，以及例如離子束或電子束的粒子束。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“透鏡”在情況允許的情形中指各種類型的光學(xué)元件的任意一個(gè)組合，包括折射、反射、磁學(xué)、電磁學(xué)、以及靜電光學(xué)元件。
應(yīng)該準(zhǔn)確地知道襯底和用于將預(yù)期圖形施加到襯底上的投影系統(tǒng)的相對(duì)位置。該投影系統(tǒng)將輻射束聚焦到襯底上，其中構(gòu)圖裝置為該輻射束提供了圖形。為了獲得最佳結(jié)果，對(duì)襯底表面執(zhí)行第一高度測(cè)量，產(chǎn)生高度數(shù)據(jù)。該高度數(shù)據(jù)可包括關(guān)于襯底表面形貌的信息。對(duì)于使用具有兩個(gè)或多個(gè)襯底平臺(tái)(雙工作臺(tái))的光刻設(shè)備的情形，可在第二位置(曝光位置)執(zhí)行曝光的同時(shí)在第一位置(測(cè)量位置)執(zhí)行高度測(cè)量。這種情況下，在第一位置獲得的高度數(shù)據(jù)可被存儲(chǔ)在高度地圖中，稍后在曝光期間用于第二位置。該高度地圖包括代表襯底上不同位置處襯底表面相對(duì)于參考水平的高度的一組數(shù)據(jù)。然而，也可以動(dòng)態(tài)地(例如在曝光時(shí))執(zhí)行高度測(cè)量，例如在使用單個(gè)工作臺(tái)機(jī)器時(shí)可以在曝光期間實(shí)時(shí)地使用。
該高度數(shù)據(jù)用于在曝光時(shí)，考慮襯底的局部和整體形狀，盡可能精確地定位襯底相對(duì)于投影系統(tǒng)的位置?；谠摳叨葦?shù)據(jù)，可以調(diào)整每個(gè)目標(biāo)區(qū)域甚至是目標(biāo)區(qū)域的不同部分中襯底相對(duì)于投影系統(tǒng)的相對(duì)位置。
已知好幾種水平傳感器可用于獲得這種高度數(shù)據(jù)。例如，通過(guò)以一個(gè)角度將輻射束投影到高度待測(cè)量的襯底上的位置而光學(xué)測(cè)量襯底高度的水平傳感器是已知的。水平傳感器包括分別檢測(cè)反射束的傳感器陣列。反射束將碰撞一個(gè)或多個(gè)傳感器，其取決于在反射位置的襯底表面的高度。因此，可以確定在反射位置的襯底的高度。
投影透鏡和襯底之間的間距相當(dāng)小。為了獲得更大的數(shù)值孔徑，在未來(lái)的系統(tǒng)中該間距將變得更小。因此，輻射束和反射束可用的間距變得更小，所以定位水平傳感器可用的位置更少。
此外，光學(xué)水平傳感器在某些情況下不容易和浸漬技術(shù)相兼容，其中在浸漬技術(shù)中部分襯底被浸漬。在使用浸漬技術(shù)的光刻機(jī)中，投影透鏡和襯底之間的部分間距填充了諸如水的液體。提供了將液體保持在適當(dāng)位置的諸如密封器的裝置。由置于密封器外部的光學(xué)水平傳感器發(fā)射的輻射束應(yīng)被引導(dǎo)穿過(guò)密封器以到達(dá)襯底表面。執(zhí)行該任務(wù)稍微有點(diǎn)困難。
同樣，從襯底頂面反射的輻射束可能和工藝相關(guān)。工藝關(guān)聯(lián)性可能是由例如下述情況引起的，水平傳感器發(fā)射的輻射束不僅被襯底頂面反射，而且還被置于該頂層下的子層反射，這會(huì)干擾測(cè)量。這種干擾與工藝相關(guān)，即其取決于先前對(duì)該襯底所進(jìn)行的、確定子層形貌的工藝。也可由金屬表面的反射所致的相移引起工藝關(guān)聯(lián)性。
輻射束可被許多(子)層反射，并組合形成單個(gè)反射束。該反射束可以看作是在襯底表面之下或之上某個(gè)位置反射一次的單光束。
其它水平傳感器是已知的，例如電容性或電感性水平傳感器。然而，將會(huì)了解到，這些水平傳感器也存在工藝關(guān)聯(lián)性，因?yàn)橐r底的電磁特性依賴于之前對(duì)該襯底所執(zhí)行的工藝。
根據(jù)另一種類型的水平傳感器，使用氣流確定襯底高度。這種水平傳感器稱為空氣壓力計(jì)(air gauge)，并包括一空氣出口，氣流通過(guò)該出口流出。該出口置于襯底附近，并垂直地指向襯底表面。由此將空氣導(dǎo)向襯底表面。襯底的高度差異引起空氣壓力計(jì)出口和襯底之間距離的差異?？諝鈮毫τ?jì)因此將感受到和襯底表面的高度起伏相對(duì)應(yīng)的氣流阻抗的起伏。測(cè)量得到該氣流的阻抗，由此得出高度信息。可在襯底上不同位置進(jìn)行該操作以繪制高度地圖。
然而，該空氣壓力計(jì)為相對(duì)慢的水平傳感器，這可能會(huì)降低系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。此外，出口和襯底表面之間的距離必須較小，以執(zhí)行精確測(cè)量。這需要精確的控制機(jī)制。同樣，空氣壓力計(jì)不能用于單工作臺(tái)浸漬光刻設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
需要提供能克服一個(gè)或多個(gè)上述缺點(diǎn)的水平傳感器。通常，本發(fā)明的目標(biāo)是提供改善的水平傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了其中信號(hào)為壓力波的水平傳感器。使用壓力波是可以用于所有環(huán)境下(例如使用浸漬技術(shù)的光刻機(jī))的快速方法。
使用壓力波測(cè)量襯底的高度地圖是傳統(tǒng)水平傳感器的有用備選。
壓力波受工藝關(guān)聯(lián)性的影響最小，特別是用在(低壓)空氣中時(shí)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明在和頻率大于約20kHz的超聲壓力波組合使用時(shí)是有利的。這些壓力波具有可優(yōu)選用于確定襯底高度地圖的性能。由于壓力波大的傳播速度以及相對(duì)小的波長(zhǎng)，有可能實(shí)現(xiàn)快速和精確的測(cè)量。在使用浸漬技術(shù)的光刻投影設(shè)備中尤其存在超聲壓力波的這些正面性能。


現(xiàn)在將僅以示例的方式參考所附示意性附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部分，其中圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光刻設(shè)備。
圖2描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的水平傳感器；圖3描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的備選的水平傳感器；圖4a和4b描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例發(fā)射和接收的壓力波的圖示；圖5描述了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的另一個(gè)備選的水平傳感器；圖6描述了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可能結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的水平傳感器；圖8描述了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的水平傳感器的可能結(jié)構(gòu)；圖9描述了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的備選的水平傳感器；圖10a和10b描述了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的另一個(gè)備選水平傳感器的側(cè)視圖和仰視圖；
圖11描述了本發(fā)明第二實(shí)施例的另一個(gè)備選；以及圖12a和12b描述了本發(fā)明第二實(shí)施例的又一個(gè)備選。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光刻設(shè)備。該設(shè)備包括照明系統(tǒng)(照明器)IL，用于調(diào)整輻射束(例如UV輻射、EUV輻射、或其它輻射)B；支持結(jié)構(gòu)(例如掩模平臺(tái))MT，用于支持構(gòu)圖裝置(例如掩模)MA，并連接到第一定位工具PM以根據(jù)特定參數(shù)精確地定位構(gòu)圖裝置；襯底平臺(tái)(例如晶片平臺(tái))WT，用于支持襯底(例如涂敷了刻蝕劑的晶片)W，并連接到第二定位工具PW以根據(jù)特定參數(shù)精確地定位襯底；以及投影系統(tǒng)(例如反射投影透鏡系統(tǒng))PS，用于把由構(gòu)圖裝置MA賦予輻射束B的圖形成像到襯底W的目標(biāo)區(qū)域C(例如包括一個(gè)或多個(gè)芯片)。
照明系統(tǒng)也可包括各種類型的光學(xué)元件，例如用于導(dǎo)向、定形、或控制輻射束的折射、反射、磁性、電磁、靜電或者其它類型的光學(xué)元件或其任意組合。
支持結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)圖裝置，即承受構(gòu)圖裝置的重量。支持結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)圖裝置的方式取決于構(gòu)圖裝置的取向、光刻設(shè)備的設(shè)計(jì)、以及諸如例如構(gòu)圖裝置是否保持在真空環(huán)境中的其它條件。該支持結(jié)構(gòu)可以使用機(jī)械夾具、真空夾具、靜電夾具、或者其它夾具技術(shù)以支撐構(gòu)圖裝置。支持結(jié)構(gòu)可以是例如固定的或可移動(dòng)的框架或平臺(tái)。支持結(jié)構(gòu)可以保證構(gòu)圖裝置例如相對(duì)投影系統(tǒng)位于預(yù)期位置?？梢哉J(rèn)為，這里使用的術(shù)語(yǔ)“光刻版”或“掩?！迸c更為普通的術(shù)語(yǔ)“構(gòu)圖裝置”同義。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“構(gòu)圖裝置”應(yīng)廣泛地理解成是指，給輻射束截面賦予一個(gè)圖形以在襯底目標(biāo)區(qū)域創(chuàng)建圖形的任何裝置。應(yīng)該注意的是，賦予輻射束的圖形可能不會(huì)與襯底目標(biāo)區(qū)域的預(yù)期圖形精確對(duì)應(yīng)，例如如果該圖形包括相移特征或所謂的輔助特征。通常賦予給輻射束的圖形對(duì)應(yīng)于諸如集成電路的器件內(nèi)、在目標(biāo)區(qū)域創(chuàng)建的特定功能層。
構(gòu)圖裝置可以是透射的或是反射的。構(gòu)圖裝置的示例包括掩模、可編程反射鏡陣列、及可編程LCD面板。在光刻中掩模是眾所周知的，它包括諸如二進(jìn)制、交變相移、衰減相移、以及各種混合掩模類型的掩模類型。一個(gè)可編程反射鏡陣列的示例采用小型反射鏡的矩陣排列，可分別傾斜各個(gè)反射鏡，從而把入射輻射束反射到不同方向。傾斜的反射鏡將圖形賦予被反射鏡矩陣反射的輻射束。
這里使用的術(shù)語(yǔ)“投影系統(tǒng)”應(yīng)廣泛地理解成包括各種類型的投影系統(tǒng)，包括適合于例如采用曝光輻射、其它使用浸漬液體或使用真空的折射光學(xué)系統(tǒng)、反射光學(xué)系統(tǒng)、反射折射光學(xué)系統(tǒng)、磁光學(xué)系統(tǒng)、電磁光學(xué)系統(tǒng)、和靜電光學(xué)系統(tǒng)?？梢哉J(rèn)為，這里使用的術(shù)語(yǔ)“投影透鏡”與更為普通的術(shù)語(yǔ)“投影系統(tǒng)”同義。
如這里所描述的，該設(shè)備為透射類型(例如采用透射掩模)。備選地，該設(shè)備可以為反射類型(例如采用可編程反射鏡陣列或采用反射掩模)。
光刻設(shè)備可以為具有兩個(gè)襯底平臺(tái)(雙工作臺(tái))類型或更多個(gè)襯底平臺(tái)(和/或兩個(gè)或更多個(gè)掩模平臺(tái))的類型。在這些“多工作臺(tái)”機(jī)器中，可以并行地使用附加的平臺(tái)，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)用于曝光時(shí)，可以在其它一個(gè)或多個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行準(zhǔn)備步驟。
光刻設(shè)備也可以是這樣的類型其中襯底的至少一部分被具有相對(duì)較高的折射率例如水的液體覆蓋，以填充投影系統(tǒng)與襯底之間的間隙。浸漬液體也可用于光刻設(shè)備中的其它間隙，例如掩模與投影系統(tǒng)之間。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“浸漬”不是旨在建議諸如襯底的結(jié)構(gòu)必須浸沒在液體中，而是指在曝光時(shí)該液體位于投影系統(tǒng)和襯底之間。
參考圖1，照明器IL從輻射源SO接收輻射束。該輻射源和光刻設(shè)備可以是分離的實(shí)體，例如當(dāng)輻射源為受激準(zhǔn)分子激光器時(shí)。在這種情況下，并不把輻射源看作光刻設(shè)備的一部分，借助包括適合的導(dǎo)向反射鏡和/或光束擴(kuò)展器或其它射束輸送系統(tǒng)的射束輸送系統(tǒng)BD，輻射束由輻射源SO傳輸?shù)秸彰髌鱅L。在其它情況下，該輻射源是光刻設(shè)備的主要部分，例如當(dāng)該輻射源為汞燈時(shí)?？蓪⑤椛湓碨O、照明器IL、以及射束傳輸系統(tǒng)BD(如果使用到)一起稱為輻射系統(tǒng)。
照明器IL可以包括用于調(diào)整輻射束角度強(qiáng)度分布的調(diào)整器AD。一般而言，至少可以調(diào)整照明器一光瞳面內(nèi)的外部和/或內(nèi)部徑向范圍(通常分別稱為σ-外部及σ-內(nèi)部)的強(qiáng)度分布。此外，照明器IL通常包括諸如積分器IN和聚光器CO的各種其它元件。照明器可用于調(diào)整輻射束使其截面具有預(yù)期的均勻性和強(qiáng)度分布。
輻射束B入射到固定在支持結(jié)構(gòu)(例如掩模平臺(tái)MT)的構(gòu)圖裝置(例如掩模MA)上，構(gòu)圖裝置對(duì)輻射束構(gòu)圖。輻射束B穿過(guò)掩模MA之后，輻射束B穿過(guò)投影系統(tǒng)PS，該投影系統(tǒng)PS把射束聚焦到襯底W的目標(biāo)區(qū)域C。借助第二定位工具PW及位置傳感器IF(例如干涉測(cè)量裝置、線性編碼器、或電容性傳感器)，可以精確地移動(dòng)襯底平臺(tái)WT，例如，以定位輻射束B路徑內(nèi)的不同目標(biāo)區(qū)域C。類似地，可以使用第一定位工具PM和其它位置傳感器(未在圖1中明確地示出)，例如從掩模庫(kù)機(jī)械檢索后或在掃描時(shí)，精確地定位掩模MA相對(duì)于輻射束B路徑的位置。通常，可以借助形成第一定位工具PM一部分的長(zhǎng)沖程模塊(粗略定位)和短沖程模塊(精細(xì)定位)，實(shí)現(xiàn)掩模平臺(tái)MT的移動(dòng)。類似地，可以借助形成第二定位工具PW一部分的長(zhǎng)沖程模塊和短沖程模塊，實(shí)現(xiàn)襯底平臺(tái)WT的移動(dòng)。對(duì)于(與掃描器相反的)步進(jìn)機(jī)，掩模平臺(tái)MT可以僅連接到短沖程致動(dòng)器，或者可以固定?？梢允褂醚谀?duì)準(zhǔn)標(biāo)記M1、M2及襯底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記P1、P2來(lái)對(duì)準(zhǔn)掩模MA及襯底W。盡管襯底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記如圖所示地占據(jù)目標(biāo)區(qū)域，但這些標(biāo)記可以位于目標(biāo)區(qū)域(已知的劃片線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)之間的間隙。類似地，對(duì)于在掩模MA上提供不止一個(gè)管芯的情形，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可位于這些管芯之間。
所描述的設(shè)備可以用于下述模式中的至少一種1.在分步模式中，掩模平臺(tái)MT和襯底平臺(tái)WT基本上保持靜止，而賦予到輻射束的整個(gè)圖形一次投影到目標(biāo)區(qū)域C(即單次靜態(tài)曝光)。隨后沿X和/或Y方向平移襯底平臺(tái)WT，以曝光不同的目標(biāo)區(qū)域C。在分步模式中，曝光區(qū)域的最大尺寸限制了單次靜態(tài)曝光中被成像的目標(biāo)區(qū)域C的尺寸。
2.在掃描模式中，掩模平臺(tái)MT和襯底平臺(tái)WT被同步掃描，同時(shí)賦予到投影束的圖形被投影到目標(biāo)區(qū)域C(即單次動(dòng)態(tài)曝光)。由投影系統(tǒng)PS的(縮小)放大及圖像反轉(zhuǎn)特性確定襯底平臺(tái)WT相對(duì)掩模平臺(tái)MT的速度和方向。在掃描模式中，曝光區(qū)域的最大尺寸限制了單次動(dòng)態(tài)曝光中目標(biāo)區(qū)域(沿非掃描方向)的寬度，而掃描動(dòng)作的長(zhǎng)度確定了目標(biāo)區(qū)域(沿掃描方向)的高度。
3.在其它模式中，支撐可編程構(gòu)圖裝置的掩模平臺(tái)MT基本上保持靜止。移動(dòng)或掃描襯底平臺(tái)WT，同時(shí)賦予到投影束的圖形被投影到目標(biāo)區(qū)域C。在該模式下，通常使用脈沖輻射源，且在每次移動(dòng)襯底平臺(tái)WT之后或者在掃描中的連續(xù)輻射脈沖之間更新可編程構(gòu)圖裝置。該工作模式可以容易地應(yīng)用于使用諸如上面提及可編程反射鏡陣列的可編程構(gòu)圖裝置的無(wú)掩模光刻。
可以采用上述模式的組合和/或變形，也可以采用與上述模式完全不同的模式。
必須精確地了解襯底W和投影系統(tǒng)PS的相對(duì)位置。投影系統(tǒng)PS將圖形化的輻射束B聚焦到襯底W上。為了獲得最佳的結(jié)果，對(duì)襯底表面執(zhí)行第一高度測(cè)量，產(chǎn)生襯底W表面的高度數(shù)據(jù)。該高度數(shù)據(jù)可包括關(guān)于襯底W表面形貌的信息。該信息可用于在曝光時(shí)，考慮襯底W的局部和整體形狀而盡可能精確地定位襯底W和投影系統(tǒng)PS的相對(duì)位置。
已知存在許多種水平傳感器，但所有這些傳感器都存在上面所述的某些缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，基于聲學(xué)原理，使用壓力波確定高度數(shù)據(jù)而引入了一種新型水平傳感器。
應(yīng)該注意，基于聲學(xué)原理構(gòu)造高度測(cè)量裝置的思想可用于其它技術(shù)領(lǐng)域，例如地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域以及用于進(jìn)行人體掃描的醫(yī)療和生物領(lǐng)域。然而，認(rèn)為傳統(tǒng)上和這種聲學(xué)技術(shù)相關(guān)聯(lián)的分辨率和精度使其不適用于光刻機(jī)。
例如，使用基于MEMS技術(shù)的超聲轉(zhuǎn)換器允許發(fā)射壓力波具有相對(duì)高的頻率。目前可以獲得空氣中10MHz或更高的頻率。更高的頻率降低了對(duì)環(huán)境條件的靈敏度并提供了較小的盲區(qū)。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例，可以使用壓力波或壓力脈沖作為例如超聲或使用其它壓力波測(cè)量襯底W的高度結(jié)構(gòu)。可將壓力波導(dǎo)向襯底，使得該壓力波基本上不垂直于襯底W的表面。圖2示出了該測(cè)量系統(tǒng)的示意性視圖。
圖2示出了置于襯底W上的投影系統(tǒng)PS。此外還提供了聲音發(fā)射器10和接收器11。發(fā)射器10可布置成產(chǎn)生諸如超聲信號(hào)的壓力波100，該超聲信號(hào)可被接收器11檢測(cè)。發(fā)射器10和接收器11均可布置成和處理器20通信。處理器20可布置成控制發(fā)射器10并接收來(lái)自接收器11的信號(hào)(代表接收器11檢測(cè)到的信號(hào))。處理器20進(jìn)一步布置成和存儲(chǔ)裝置21及時(shí)鐘22通信。
根據(jù)本實(shí)施例，處理器20可觸發(fā)發(fā)射器10以產(chǎn)生壓力波100。從圖2可以看出，壓力波100可被襯底W的表面以及投影系統(tǒng)PS的下表面反射，其中該下表面面對(duì)襯底W(或者未布置襯底W時(shí)的襯底平臺(tái)WT)。通過(guò)改變壓力波朝襯底W發(fā)射的角度即可改變反射的數(shù)目，只要壓力波100被襯底W的表面反射至少一次。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，該壓力波還至少被投影系統(tǒng)PS反射一次，由此產(chǎn)生關(guān)于襯底W和投影系統(tǒng)PS之間距離的方向信息，其中該信息用于聚焦投影束PB。
如果壓力波被襯底W反射(僅反射一次)，可以獲得襯底相對(duì)于所使用的水平傳感器的高度信息。然后該信息應(yīng)被轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)于投影系統(tǒng)PS和襯底W之間距離的信息。因此，投影系統(tǒng)PS相對(duì)于襯底W的相對(duì)位置應(yīng)該已知。
可由接收器11檢測(cè)壓力波100。處理器20可接收來(lái)自接收器11、表示檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)。
處理器20可以測(cè)量發(fā)射器10發(fā)射信號(hào)的時(shí)間t0和接收器11接收信號(hào)的時(shí)間t1。處理器20可使用時(shí)鐘22確定時(shí)間t0和t1。將會(huì)了解到，Δt＝t1-t0是對(duì)投影系統(tǒng)PS和襯底W之間距離Δz的測(cè)量。一旦確定了傳播時(shí)間Δt，可以計(jì)算傳播距離，這是因?yàn)閴毫Σǖ膫鞑ニ俣仁且阎?。利用基本的角度測(cè)定法并結(jié)合壓力波100相對(duì)于襯底W表面發(fā)射的角度，可以計(jì)算距離Δz。處理器20可以將所確定的Δz值存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置21內(nèi)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，襯底W表面和投影系統(tǒng)PS之間的反射數(shù)目會(huì)影響測(cè)量的靈敏度。反射越多，壓力波100傳播的距離越大，則Δt將越大。其結(jié)果為可以以更高的精度測(cè)量Δt，而且Δt對(duì)Δz變化的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)。
根據(jù)如圖3所示的一個(gè)備選，用轉(zhuǎn)換器12替代發(fā)射器并用反射鏡13替代接收器11，可以使測(cè)量靈敏度翻倍。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，反射鏡13應(yīng)該為能夠反射壓力波100的“聲音反射鏡”或超聲反射鏡。在使用超聲的情況下，反射鏡13應(yīng)該為超聲反射鏡。轉(zhuǎn)換器12可布置成產(chǎn)生并檢測(cè)壓力波。
可由轉(zhuǎn)換器12發(fā)射壓力波100，并由反射鏡13反射壓力波100。壓力波100傳播回到檢測(cè)壓力波100的轉(zhuǎn)換器12。處理器20再次確定Δt。將會(huì)了解到，根據(jù)本備選實(shí)施例的壓力波100傳播的距離為圖2所描述備選實(shí)施例的兩倍。傳播時(shí)間Δt翻倍，且由于Δz變化引起的Δt的變化也是圖2所示實(shí)施例的兩倍。其結(jié)果為靈敏度翻倍。
前面已經(jīng)提到，發(fā)射器10或轉(zhuǎn)換器12可以發(fā)射超聲壓力波100。發(fā)射器10或轉(zhuǎn)換器12可在t0開始發(fā)射，接收器11或轉(zhuǎn)換器12應(yīng)確定壓力波100達(dá)到的時(shí)間t1。因此，例如如圖4a所示，發(fā)射了足夠多的小峰，在圖4b中用虛線表示的小峰前沿用于確定到達(dá)的時(shí)間。圖4a和4b均示出了信號(hào)強(qiáng)度A(縱軸)和時(shí)間t(橫軸)之間關(guān)系的圖示。接收器11或轉(zhuǎn)換器12檢測(cè)信號(hào)，該信號(hào)相對(duì)于所發(fā)射的信號(hào)發(fā)生變形，如圖4b所示。所檢測(cè)到的信號(hào)可包括由形成于襯底W表面下方的不同層反射(不需要的)引起的各種干擾和回聲。然而，檢測(cè)信號(hào)的前沿可為傳播時(shí)間以及Δz的正確測(cè)量，這是因?yàn)橄嚓P(guān)的壓力波100沿最短路徑傳播。因此，該方法不存在這些誤差。
圖4a示出了由發(fā)射器10、轉(zhuǎn)換器12、或其它裝置發(fā)射的三角形峰。然而，將會(huì)了解到，可以發(fā)射具有不同形狀的峰，例如矩形脈沖。將會(huì)了解到，執(zhí)行本發(fā)明優(yōu)選使用脈沖。備選地，例如通過(guò)使用干涉技術(shù)，連續(xù)波信號(hào)可用于相移檢測(cè)。
所發(fā)射的壓力波100應(yīng)該是高度準(zhǔn)直的射束，從而防止部分壓力波100沿捷徑到達(dá)接收器，并在被襯底W和/或投影系統(tǒng)PS反射次數(shù)比預(yù)期數(shù)目少的情形下到達(dá)接收器。這導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，這里所描述的水平傳感器可用于這種類型的光刻設(shè)備中，其中襯底W至少部分被具有較高折射率的液體覆蓋以填充投影系統(tǒng)PS和襯底W之間的間隔。
圖5描述了這種實(shí)施例，其中在襯底W和投影系統(tǒng)PS之間提供諸如水的液體。該液體可貯存于密封器16內(nèi)。該技術(shù)通常稱為浸漬技術(shù)。在EP 1420298A2、EP 1429188、和EP 1420300A2中可以找到關(guān)于浸漬的更多細(xì)節(jié)。
發(fā)射器10和接收器11均可設(shè)有探針14、15，這些探針將所產(chǎn)生的壓力波100引導(dǎo)穿過(guò)密封器16進(jìn)入液體。本領(lǐng)域技術(shù)人員將了解到壓力波可以有利地和浸漬技術(shù)相結(jié)合，這是因?yàn)楹涂諝庀啾龋撘后w將以相對(duì)小的損耗和相對(duì)高的速度傳輸壓力波100。這提高了精確度，因?yàn)槠湓试S測(cè)量位置的數(shù)目增大或者每個(gè)位置的測(cè)量數(shù)目增大。
發(fā)射器10、轉(zhuǎn)換器12、或其它裝置可產(chǎn)生超聲，即頻率大于20kHz，例如20MHz。已知的是，由于不需要的反射，將超聲從超聲源引導(dǎo)到空氣中是相當(dāng)困難的，而將超聲從超聲源引導(dǎo)到液體中則相對(duì)容易。這是將本發(fā)明和浸漬相結(jié)合的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)前的裝置在空氣中的重復(fù)性(4西格瑪或4-σ)的典型數(shù)目為單次測(cè)量波長(zhǎng)的0.4％。由于衰減小，在水中可以使用比空氣中更高的頻率(更短的波長(zhǎng))。在空氣中，9MHz是可行的，在音速為345m/s時(shí)其波長(zhǎng)為38μm。然而在水中，可以使用260MHz，在音速為1480m/s時(shí)其波長(zhǎng)為5.7μm。
由此在空氣中得到4-σ重復(fù)性為0.15μm，在水中的4-σ重復(fù)性為23nm，這兩個(gè)值都是針對(duì)單次測(cè)量而言。通過(guò)對(duì)一次以上的測(cè)量進(jìn)行平均，可以以平方根關(guān)系改善重復(fù)性。通過(guò)對(duì)500次以上的測(cè)量求平均，水中的4-σ重復(fù)性可降低到約1nm。在空氣中，需要對(duì)約23000次測(cè)量求平均。
在雙向路徑設(shè)置中，發(fā)射器也可用作接收器。于是每秒的測(cè)量數(shù)目受路徑長(zhǎng)度(應(yīng)該短)、空載時(shí)間、和其它因素限制。然而，在本實(shí)施例中，發(fā)射器和接收器可以被分離開，測(cè)量頻率的選擇不受這些考慮因素限制。
包括發(fā)射器10和接收器11的單個(gè)配對(duì)提供了關(guān)于跨過(guò)襯底W表面的單條線的高度信息，如圖6中的虛線所示。圖6闡述了根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量系統(tǒng)的俯視圖。圓圈表示投影系統(tǒng)PS。所確定的Δz是對(duì)沿襯底W相對(duì)于投影系統(tǒng)PS之間的線的平均距離的測(cè)量，而非點(diǎn)測(cè)量。然而，將會(huì)了解到，為了將輻射束B以精確的方向投影到襯底W的目標(biāo)區(qū)域C，應(yīng)該提高分辨率。因此，優(yōu)選地應(yīng)已知單個(gè)點(diǎn)處的Δz，而不是沿一條線的Δz。期望具有高分辨率，例如為目標(biāo)區(qū)域C提供不止一個(gè)Δz。
在圖6所示的一個(gè)實(shí)施例中，可提供多個(gè)發(fā)射器10和接收器11。圖6描述了沿x方向跨過(guò)襯底W表面沿多條線進(jìn)行測(cè)量的5個(gè)發(fā)射器10和接收器11，以及沿y方向跨過(guò)襯底W表面沿多條線進(jìn)行測(cè)量的5個(gè)發(fā)射器10和接收器11。x和y方向如圖6所示。盡管沒有示出，但將會(huì)了解到，所有接收器10和發(fā)射器11排列成和處理器20通信，這和前述備選相似。
每個(gè)配對(duì)提供了沿著位于它們之間的虛線的高度信息，如圖6所示。測(cè)量的結(jié)果為，產(chǎn)生Δz的10個(gè)不同值，其中沿x方向有5個(gè)值Δz(xi)，沿y方向有5個(gè)值Δz(yj)。
在圖6的示例中，產(chǎn)生10個(gè)不同的Δz值，其包括襯底W表面的交疊區(qū)域的高度信息。應(yīng)處理這些信息以重構(gòu)局部高度信息。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底W表面的模型包括Fourier分量或Zernike多項(xiàng)式。Zernike多項(xiàng)式被特別地設(shè)計(jì)成是針對(duì)圓盤型表面，例如圖6中所描述的投影系統(tǒng)PS下的圓形區(qū)域。Zernike一階項(xiàng)描述了整體表面彎曲，而高階項(xiàng)提供了更詳細(xì)的信息。確定了Δz的多個(gè)不同值后，可以計(jì)算Zernike更高階以提供關(guān)于襯底W表面的更詳細(xì)信息。
這些數(shù)學(xué)方法被用于X線斷層攝影術(shù)，其中使用許多技術(shù)從多次掃描(超聲掃描、CT掃描)中重構(gòu)對(duì)象。這些技術(shù)例如用于醫(yī)療成像領(lǐng)域。
還可以提供更多或者更少的發(fā)射器10和接收器11的配對(duì)。還可以在每個(gè)方向只提供單個(gè)發(fā)射器10和接收器11的配對(duì)，并使用該單個(gè)配對(duì)沿相對(duì)于襯底W的不同線執(zhí)行許多測(cè)量以提高分辨率。通過(guò)在連續(xù)的測(cè)量之間相對(duì)地移動(dòng)襯底W和/或發(fā)射器10/接收器11，可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
此外，可以使用包括發(fā)射器10和接收器11的單個(gè)配對(duì)，并通過(guò)相對(duì)地旋轉(zhuǎn)發(fā)射器10/接收器11和襯底W，使用該配對(duì)沿兩個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量。實(shí)際上，可以使用所有類型的組合。
根據(jù)本實(shí)施例使用的發(fā)射器10優(yōu)選地發(fā)射壓力波100的“準(zhǔn)直”束。如前所述，應(yīng)使用準(zhǔn)直束以防止其部分采取捷徑到達(dá)接收器。同樣地，尤其是在使用多個(gè)發(fā)射器10和接收器11的圖6所示實(shí)施例中，射束不應(yīng)散開而使所發(fā)射的射束到達(dá)不同于預(yù)期接收器11的非預(yù)期接收器11。然而，通過(guò)使發(fā)射器10按時(shí)間上連續(xù)的點(diǎn)進(jìn)行發(fā)射，而非所有發(fā)射器同時(shí)發(fā)射，可以避免這個(gè)問(wèn)題。這種情況下，可以防止或者最小化不同的發(fā)射器10和接收器11配對(duì)之間的不需要的干涉。
在備選實(shí)施例中，如果控制發(fā)射器使其時(shí)間上連續(xù)地進(jìn)行發(fā)射，則可以發(fā)射不是嚴(yán)格準(zhǔn)直的壓力波，甚至故意使其發(fā)散，使壓力波到達(dá)不止一個(gè)接收器11。這可以提供同一時(shí)間沿多個(gè)線的Δz的額外信息。
前面所描述的測(cè)量系統(tǒng)可用于單工作臺(tái)機(jī)器，但也可以有利地用于所謂的“多工作臺(tái)”機(jī)器。對(duì)于使用多個(gè)工作臺(tái)機(jī)器的情形，可在沒有投影系統(tǒng)PS的測(cè)量點(diǎn)執(zhí)行這些測(cè)量。這種情況下，可用反射表面替代投影系統(tǒng)PS(取代投影系統(tǒng)PS)。于是可以用反射表面反射所發(fā)射的壓力波100。為了使用在曝光位置得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，應(yīng)該精確地了解反射表面和襯底平臺(tái)WT的相對(duì)位置。然而，將會(huì)了解到，本發(fā)明可以用于單工作臺(tái)機(jī)器，特別是用于使用浸漬技術(shù)的機(jī)器。
實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，使用壓力波300確定高度地圖，其中壓力波300被導(dǎo)向基本上垂直于襯底W的表面，這樣使得壓力波300在一個(gè)已知的位置被襯底W反射。圖7示出了根據(jù)本實(shí)施例的水平傳感器30。因此，不是提供沿一條線的高度信息，而是獲得單個(gè)點(diǎn)處的高度信息。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，水平傳感器30可置于襯底W上，并可包括稱為轉(zhuǎn)換器的單個(gè)裝置中所包含的發(fā)射器和接收器。水平傳感器30可排列成發(fā)射壓力波300，例如具有頻率大于20kHz的超聲壓力波。水平傳感器30可排列成和處理器20通信。該處理器可排列成和存儲(chǔ)裝置21及時(shí)鐘22通信。
處理器20排列成控制水平傳感器30以在時(shí)間t0發(fā)射超聲壓力波300，可由該處理器使用時(shí)鐘22測(cè)量該時(shí)間。水平傳感器30發(fā)射的壓力波在襯底W表面的x、y位置被襯底W反射，并被水平傳感器30檢測(cè)。所檢測(cè)到的壓力波被傳達(dá)至處理器20，該處理器使用時(shí)鐘22測(cè)量反射壓力波的到達(dá)時(shí)間t1。該處理器可以計(jì)算壓力波300的傳播時(shí)間ΔtΔt＝t1-t0。由此，處理器可計(jì)算襯底W相對(duì)于水平傳感器30的高度Δz。該高度Δz和關(guān)于襯底W上反射位置x、y的信息一起存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置21內(nèi)。可從第二定位工具PW和/或位置傳感器IF(例如干涉裝置、線性編碼器、電容性傳感器、或其它傳感器)(未在圖7中示出)確定位置x、y。
可對(duì)襯底W上的多個(gè)位置進(jìn)行該測(cè)量過(guò)程。所有測(cè)量得到的數(shù)據(jù)一起可以形成襯底W的高度數(shù)據(jù)，該高度數(shù)據(jù)可用于盡可能精確地定位在曝光時(shí)襯底W相對(duì)于投影系統(tǒng)PS的位置。如果使用雙工作臺(tái)機(jī)器，其中在第一位置執(zhí)行該測(cè)量同時(shí)在第二位置執(zhí)行曝光，在第一位置獲得的高度數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)成高度地圖，以供稍后曝光時(shí)用于第二位置。在備選實(shí)施例中，也可以測(cè)量曝光時(shí)襯底W的高度，對(duì)信息進(jìn)行實(shí)施處理并使用所確定的高度信息直接控制曝光。水平傳感器30可定位在毗鄰?fù)队跋到y(tǒng)PS，使其測(cè)量接著被投影系統(tǒng)PS曝光的襯底W的高度。
圖8示出了包括超聲轉(zhuǎn)換器40的水平傳感器30的另一個(gè)實(shí)施例，該轉(zhuǎn)換器能發(fā)射超聲壓力波300并檢測(cè)反射的超聲壓力波300。還在圖9中單獨(dú)示出了轉(zhuǎn)換器40。
圖8所描述的超聲轉(zhuǎn)換器40可包括硅襯底層41，在該硅襯底層上形成了氮化物側(cè)壁42。氮化物側(cè)壁42支撐隔膜43。在硅襯底層41、氮化物側(cè)壁42、和隔膜43之間形成了真空腔44。這些元件的組合也稱為微機(jī)電系統(tǒng)傳感器(MEMS傳感器)。
隔膜43為電容性結(jié)構(gòu)，對(duì)其施加適當(dāng)電壓時(shí)可發(fā)射超聲波。這在下述參考中得到進(jìn)一步解釋“Curved Micromachined UltrasonicTransducers”，K.A.Wong、S.Panda、及I.Ladabaum，Sensant Corp.14470 Doolittle Drive，San Leandro，CA，U.S.A.94577(http//www.sensant.com/diagImag_recPubs.htm)。
可在下述參考中找到更多信息X.C.Jin，I.Ladabaum，F(xiàn).L.Degertekin，S.Calmes，和B.T.Khuri-Yakub，“Fabrication and Characterization of surfaceMicromachined Capacitive Ultrasonic Immersion transducers”，IEEE JMEMS.，vol.8，no.1，pp.100-114，1999年3月；E.Cianci，V.Foglietti，D.Memmi，G.Caliano，A.Caronti和M.Pappalardo，“Fabrication of Capacitive UltrasonicTransducers by a Low Temperature and Fully Surface-Micromachined Process”，Precision Engineering，vol.26，no.4，pp.347-354，2002；以及S.Panda，C.Daft，P.Wagner，I.Ladabaum，“MicrofabricatedUltrasonic Transducer(cMUT)ProbesImaging Advantages OverPZT Probes”，AIUM presentation，2003年5月。
硅襯底層41和隔膜43可用作其間施加直流偏壓的電極，該偏壓建立一電場(chǎng)，在隔膜內(nèi)形成張力。也可以對(duì)隔膜43和硅襯底層41施加交流電壓，利用隔膜43振動(dòng)，產(chǎn)生超聲壓力波。當(dāng)然，所描述的水平傳感器40還可用于產(chǎn)生具有較低頻率的壓力波。
超聲轉(zhuǎn)換器40和傳統(tǒng)壓電傳感器相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，使其適用于光刻測(cè)量。在施加100V直流偏壓并在該直流偏壓上疊加頻率為2MHz的10V交流電壓時(shí)，可得到110dB的動(dòng)態(tài)范圍，其中該動(dòng)態(tài)范圍定義為最強(qiáng)可測(cè)量信號(hào)幅值和噪音基底的幅值之間的比值。這一點(diǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的壓電轉(zhuǎn)換器。
可以獲得200kHz到5MHz之間的頻率，這提供了定時(shí)性能方面的優(yōu)點(diǎn)?？梢允褂闷渌l率。根據(jù)本實(shí)施例的水平傳感器30還可降低死區(qū)。死區(qū)指待測(cè)量對(duì)象(襯底W)表面和水平傳感器30之間的最小需要距離。如果水平傳感器30設(shè)置成太靠近襯底W表面，則反射波在其仍在發(fā)射時(shí)可能達(dá)到轉(zhuǎn)換器40。發(fā)射信號(hào)的前沿可能在后沿離開轉(zhuǎn)換器40之前到達(dá)轉(zhuǎn)換器40。發(fā)生這種情況時(shí)，發(fā)射信號(hào)不會(huì)被轉(zhuǎn)換器檢測(cè)到，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器仍然處于發(fā)射模式。反射信號(hào)甚至?xí)徽诎l(fā)射的轉(zhuǎn)換器反射并再次被襯底W反射。當(dāng)水平傳感器30置于死區(qū)內(nèi)時(shí)，這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。超聲轉(zhuǎn)換器40所產(chǎn)生的超聲束幾乎是沿一個(gè)方向的。在多個(gè)MEMS傳感器相鄰放置的應(yīng)用中，這尤為有利。
根據(jù)本發(fā)明的備選實(shí)施例，可以不通過(guò)測(cè)量傳播時(shí)間Δt確定水平傳感器30和襯底W之間的距離，而可以使用相移算法進(jìn)行確定以測(cè)量該距離。相移算法的原理類似于干涉儀采用的原理。部分發(fā)射波前被分離開，其它部分發(fā)射波前被導(dǎo)向襯底W表面。最后部分發(fā)射波前會(huì)被襯底反射，并被引導(dǎo)成與分離的波前形成干涉圖形。執(zhí)行相移算法測(cè)量距離的技術(shù)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是已知的。
對(duì)于發(fā)射2MHz超聲信號(hào)的情形，使用相移算法可在單次測(cè)量中獲得0.5μm的測(cè)量精度。
圖10a和10b描述了本發(fā)明第二實(shí)施例的又一個(gè)備選。圖10a示出了沿圖10b所描述的Xa線的水平傳感器30的側(cè)視圖。圖10b示出了水平傳感器30的仰視圖。
這些圖中所示的水平傳感器30可包括如圖8所示的一組超聲轉(zhuǎn)換器40。所有轉(zhuǎn)換器40可連接到處理器20。該水平傳感器30可置于襯底W表面上以執(zhí)行如前所述的高度測(cè)量。
由于圖10a和10b所示的水平傳感器30可包括一組超聲轉(zhuǎn)換器40，所以各種操作方式是可能的。
根據(jù)本發(fā)明的第一備選實(shí)施例，每個(gè)轉(zhuǎn)換器40可用于發(fā)射壓力波300并在襯底W反射之后檢測(cè)同一個(gè)壓力波300。例如通過(guò)測(cè)量傳播時(shí)間或通過(guò)確定相移，可以計(jì)算出反射位置的襯底W高度?？捎商幚砥?0控制所有轉(zhuǎn)換器40同時(shí)發(fā)射，或者為了防止不需要的干涉而在時(shí)間上連續(xù)地發(fā)射。也可以使用其它配置。
根據(jù)第二可替換實(shí)施例，部分轉(zhuǎn)換器40可用于發(fā)射壓力波300，而其余轉(zhuǎn)換器40可用于檢測(cè)壓力波300。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)換器40可用于發(fā)射壓力波300，而圍繞第一轉(zhuǎn)換器40的六個(gè)轉(zhuǎn)換器可用于檢測(cè)反射的壓力波300。這種情況下，所發(fā)射的射束無(wú)需具有嚴(yán)格的單向性。通過(guò)比較作為接收器的不同轉(zhuǎn)換器40接收到的不同信號(hào)，可以獲得關(guān)于襯底W精確形貌的附加信息。例如，通過(guò)比較在不同轉(zhuǎn)換器的檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度。將會(huì)了解到，可以使用許多其它備選配置。圖10a和10b所描述的水平傳感器可用于所有這些備選，這是因?yàn)榭捎商幚砥?0容易控制其操作方式，并可使用傳統(tǒng)的編程技術(shù)容易改變?cè)摬僮鞣绞健?br> 可以采用相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的方法制作圖10a和10b所示的實(shí)施例，這是因?yàn)榭梢允褂霉饪碳夹g(shù)在半導(dǎo)體襯底上制作轉(zhuǎn)換器40，從經(jīng)濟(jì)規(guī)模上受益。要求高性能的大批量應(yīng)用的這些轉(zhuǎn)換器組的制作相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)。
圖10a和10b所示實(shí)施例進(jìn)一步包括多組轉(zhuǎn)換器，其中每組可以包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器40。許多組置成相互毗鄰，例如兩行或四行。這允許一次測(cè)量襯底表面的更大部分。水平傳感器30可然后使用所有組掃描襯底W的表面。通過(guò)相對(duì)于襯底移動(dòng)水平傳感器30可完成這一點(diǎn)，使得可以測(cè)量襯底W的表面。在單工作臺(tái)機(jī)器中，水平傳感器可設(shè)置成毗鄰?fù)哥R，因此可在曝光時(shí)執(zhí)行高度測(cè)量且可基于實(shí)時(shí)測(cè)量的信息調(diào)整襯底的位置。
根據(jù)圖11示意性描述的本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例，水平傳感器30還包括連接到處理器20的激光源50。激光源50可產(chǎn)生激光脈沖，該激光脈沖被導(dǎo)向待測(cè)量的襯底W的位置。由于該激光脈沖，襯底W將發(fā)射超聲壓力波。材料中由于該激光脈沖而發(fā)生的快速局部加熱可感應(yīng)該超聲壓力波。這一原理在如下參考中得到進(jìn)一步解釋“Concept fora Micro Autonomous Ultrasound Instrument(MAUI)”，William C.Wilson，Gary M.Atkinson，NDT.net，Aug.2004，vol.9，No.08(來(lái)自“the e-Journal of non destructive Testing”http//www.ndt.net/article/v09n08/wilson2/wilson2.htm)。
圖12a和12b示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。根據(jù)圖12a所示的實(shí)施例，可由第一轉(zhuǎn)換器40以相對(duì)于襯底W表面形成嚴(yán)格定義的角度發(fā)射超聲壓力波。所產(chǎn)生的壓力波被襯底W反射，并導(dǎo)向至超聲反射鏡60。根據(jù)圖12b所示意性描述的備選實(shí)施例，也可以使用第二轉(zhuǎn)換器40代替超聲反射鏡60。第二轉(zhuǎn)換器可排列成在其被壓力波觸發(fā)時(shí)開始發(fā)射。因此，第一轉(zhuǎn)換器40所產(chǎn)生的壓力波一到達(dá)第二轉(zhuǎn)換器40，第二轉(zhuǎn)換器立即發(fā)射壓力波。
在圖12a和12b所示的這兩個(gè)實(shí)施例中，第一轉(zhuǎn)換器40至少被布置成在其接收到超聲反射鏡60或第二轉(zhuǎn)換器40反射的壓力波時(shí)發(fā)射壓力波。在這兩種情況下都形成機(jī)電振蕩器。振蕩頻率可以是對(duì)襯底W高度的度量。這是有利的備選實(shí)施例，因?yàn)轭l率是可以容易精確測(cè)量的變量。
當(dāng)然，也可以使用布置成發(fā)射基本上垂直于襯底W表面的單個(gè)轉(zhuǎn)換器40形成這種機(jī)電振蕩器。
盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，但將會(huì)了解到，可以以不同于所描述的方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。例如，本發(fā)明可包括含有一個(gè)或多個(gè)描述上述方法的機(jī)器可讀取指令的計(jì)算機(jī)程序，或者包括其中存儲(chǔ)了這種計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁盤或光盤)。
上面這些描述是闡述性的，而非限制性的。因此，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講顯而易見的是，在不背離附屬權(quán)利要求書限定范圍的情況下可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1.一種用于光刻設(shè)備中確定襯底表面高度的水平傳感器，該水平傳感器包括發(fā)射器，排列成發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)被引導(dǎo)至襯底表面上的預(yù)定位置，使得該信號(hào)至少被襯底部分反射以形成反射信號(hào)；接收器，排列成接收至少部分反射信號(hào)；以及處理器，基于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)而確定襯底表面相對(duì)于水平傳感器的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該信號(hào)為壓力波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該信號(hào)為超聲壓力波。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該水平傳感器進(jìn)一步包括時(shí)鐘，該處理器被布置成和時(shí)鐘通信以確定發(fā)射器發(fā)射信號(hào)的第一時(shí)間t0和接收器接收反射信號(hào)的第二時(shí)間t1，其中該處理器基于第一時(shí)間t0和第二時(shí)間t1之差計(jì)算高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該水平傳感器被布置成由部分發(fā)射信號(hào)和至少部分反射信號(hào)產(chǎn)生干涉圖形，并基于所產(chǎn)生的干涉圖形使用相移確定該高度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該光刻設(shè)備包括投影系統(tǒng)和超聲反射鏡，其中在使用時(shí)，該水平傳感器被布置成發(fā)射信號(hào)，使得在信號(hào)被接收器接收之前，該信號(hào)被投影系統(tǒng)和超聲反射鏡之一至少反射一次。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該水平傳感器包括多個(gè)發(fā)射器和多個(gè)相應(yīng)的接收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的水平傳感器，其中該處理器基于由多個(gè)發(fā)射器和接收器進(jìn)行的測(cè)量，使用Zernike多項(xiàng)式確定不同的高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中由第一轉(zhuǎn)換器和第二轉(zhuǎn)換器形成該發(fā)射器和接收器，該第一和第二轉(zhuǎn)換器被布置成接收反射信號(hào)并在接收到反射信號(hào)時(shí)發(fā)射第二信號(hào)，使得形成機(jī)電振蕩器，其振蕩頻率取決于襯底高度，該處理器被布置成基于機(jī)電振蕩器的測(cè)量頻率而計(jì)算襯底表面高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2的水平傳感器，其中該水平傳感器進(jìn)一步包括用于將發(fā)射壓力波從發(fā)射器導(dǎo)向襯底W并從襯底W導(dǎo)向接收器的探針。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該發(fā)射器為激光源，該激光源布置成發(fā)射被導(dǎo)向襯底的激光脈沖，襯底在接收到該激光脈沖時(shí)發(fā)射出被接收器接收的壓力波。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該水平傳感器包括含有發(fā)射器和接收器的轉(zhuǎn)換器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的水平傳感器，其中該發(fā)射器為微機(jī)電系統(tǒng)傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的水平傳感器，其中該水平傳感器包括多個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)傳感器，其中每個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)傳感器為接收器和發(fā)射器中的至少一種。
15.一種光刻設(shè)備，包括布置成調(diào)整輻射束的照明系統(tǒng)；構(gòu)造成支持構(gòu)圖裝置的支撐，該構(gòu)圖裝置能夠給輻射束賦予圖形化截面以形成圖形化的輻射束；構(gòu)造成支撐襯底的襯底平臺(tái)；設(shè)置成將圖形化輻射束投影到襯底目標(biāo)區(qū)域的投影系統(tǒng)；以及確定襯底表面高度的水平傳感器，該水平傳感器包括(i)發(fā)射器，布置成發(fā)射被導(dǎo)向襯底表面預(yù)定位置的信號(hào)，使得該信號(hào)被襯底至少部分反射以形成反射信號(hào)；(ii)接收器，布置成接收至少部分反射信號(hào)；以及(iii)處理器，基于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)而確定襯底表面相對(duì)于水平傳感器的高度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的光刻設(shè)備，其中該信號(hào)為壓力波。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的光刻設(shè)備，其中該信號(hào)為超聲壓力波。
18.一種布置成將來(lái)自構(gòu)圖裝置的圖形投影到襯底上的光刻投影設(shè)備，其中該光刻投影設(shè)備包括水平傳感器，該水平傳感器包括發(fā)射器，布置成發(fā)射被導(dǎo)向襯底表面預(yù)定位置的信號(hào)，使得該信號(hào)被襯底至少部分反射以形成反射信號(hào)；接收器，布置成接收至少部分反射信號(hào)；以及處理器，基于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)而確定襯底表面相對(duì)于水平傳感器的高度。
19.一種使用包括發(fā)射器和接收器的水平傳感器確定襯底表面高度的方法，該方法包括發(fā)射被導(dǎo)向襯底表面預(yù)定位置的信號(hào)，使得該信號(hào)被襯底至少部分反射以形成反射信號(hào)；接收至少部分反射信號(hào)；以及基于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)而計(jì)算襯底表面相對(duì)于水平傳感器的高度
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中發(fā)射該信號(hào)包括發(fā)射壓力波。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于光刻設(shè)備中確定襯底表面高度的水平傳感器。該水平傳感器包括發(fā)射器和接收器，其中該發(fā)射器布置成發(fā)射被導(dǎo)向襯底表面預(yù)定位置的信號(hào)，使得該信號(hào)被襯底至少部分反射以形成反射信號(hào)。接收器布置成接收至少部分反射信號(hào)，水平傳感器布置成基于發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)而確定襯底表面相對(duì)于水平傳感器的表面高度。該信號(hào)包括壓力波。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1797213SQ200510134128
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者A·J·A·布魯恩斯馬, F·斯塔爾斯, R·J·凡威杰克, S·尼蒂阿洛夫 申請(qǐng)人:Asml荷蘭有限公司