CN1763635A

CN1763635A - 光刻设备及器件制造方法

Info

Publication number: CN1763635A
Application number: CN200510113400.4A
Authority: CN
Inventors: K·Z·特鲁斯特; A·J·布里克
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: DE602005011220D1; US20070252967A1; JP4430601B2; KR20060054049A; TW200628777A; US7965380B2; KR100732223B1; US7177012B2; EP1647864B1; JP2006135312A; TWI334926B; EP1986051A3; SG121967A1; TW200921083A; US20060082752A1; TWI435184B; EP1647864A1; TWI331677B; EP1986051A2; TW200912561A

Abstract

一种利用单独可控单元阵列的光刻设备，其中，把由所述单独可控单元阵列图案化的辐射束强度的一部分转移到图像传感器，用于检验产生的图像的质量。

Description

光刻设备及器件制造方法

技术领域

本发明涉及光刻设备以及器件制造方法。

背景技术

光刻设备就是将所需图案加在衬底的目标部分上的设备。光刻设备可以用在例如集成电路(IC)、平板显示和其他含精细结构的器件的制造。传统光刻设备中的图案形成装置(也称为掩模或掩模原版)可用于产生与IC(或其他器件)的一个单层相对应的电路图案。所述图案可以成像在涂有一层辐射敏感材料(例如光刻胶)的衬底(例如硅晶片或玻璃板)的目标部分(例如包含一个或多个管芯的部分)上。图案形成装置可以包含单独可控单元阵列来代替掩模产生电路图案。

一般来说，单一的衬底将包含若干个要依次曝光的相邻的目标部分。已知的光刻设备有称之为光学分步重复型和扫描型的，在光学分步重复型中通过一次将整个图案曝光在一个目标部分上来使各目标部分受到照射；在扫描型中通过投影束在给定方向(“扫描”方向)扫描图案，与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底，从而使各目标部分受到照射。

在使用掩模或掩模原版的光刻设备中，图案是固定的，由图案形成装置产生的图像随时间基本上保持稳定，虽然会出现一定程度的畸变。因而使用这种光刻设备的厂家具有相当高的把握使产生并投射到具体衬底上的图像是正确的。但是，当使用具有单独可控单元阵列的设备作为图案形成装置时，图案就是动态的，一直到衬底上曝光的图案被显影出来并对衬底检查后，厂家才有把握使产生并投射到衬底上的图像是正确的。这样，对衬底大量而详细地检查必须在衬底上显影出所有图案后进行，因而需要大的返工量。

因此，需要的是一种配置，它为使用光刻设备的厂家提供更大的把握保证产生的图像的精度和质量，缩短曝光后图案的检查时间和/或减小返工量。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括照射系统、单独可控单元阵列、衬底台、射束分离器、投射系统和图像传感器。照射系统调节辐射束。单独可控单元阵列使所述辐射束在其截面上具有图案。衬底台支撑衬底。射束分离器将具有图案的辐射束的强度划分成至少两部分，各部分基本上具有完整的截面图案。投射系统将具有图案的辐射束的第一部分投射到衬底的目标部分。图像传感器检查具有图案的辐射束的第二部分的至少一部分截面。

根据本发明的另一方面，提出一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：提供衬底；利用照射系统调节辐射束；利用所述单独可控单元阵列使所述辐射束在其截面上具有图案；将具有图案的辐射束的辐射强度分裂成至少两部分，各部分基本上具有完整的图案截面。将具有图案的辐射束的第一部分投射到衬底的目标部分。利用图像传感器检查具有图案的辐射束的第二部分的至少一部分截面。

下面参照附图详细说明本发明的另外的实施例、特征和优点，以及本发明各种实施例的结构和操作。

附图说明

包括在本说明书中并构成本说明书一部分的附图图解说明本发明，并与说明书一起解释本发明的原理，使本领域专业人士能制作并使用本发明。

图1描述本发明一个实施例的光刻设备。

图2、3和4描述本发明的各种实施例中光刻设备的检查系统的配置。

图5、6、7、8和9描述本发明各种实施例中的图像传感器。

图10和11描述本发明各种实施例中的检查系统。

现在将参照附图说明本发明。附图中相同标号表示同一或功能类似的部件。

具体实施方式

综述和术语

尽管本文可能特别提到集成电路(IC)制造中光刻设备的使用，但应理解此文所述的光刻设备也可以有其它应用，例如集成光学系统制造、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、薄膜磁头等的制造。专业人士将会理解，在这些可选择应用的环境中，术语”晶片”或”管芯”的任何使用都可以视为分别与更广义的术语”衬底”或”目标部分”同义。这里所说的衬底可以在曝光前后，在轨道(例如，一般在衬底上涂光刻胶层并将曝光的光刻胶显影的工具)或在度量或检测的工具上处理加工。在适用的场合，这里公开的内容也可应用于这样和其它衬底处理工具。而且，所述衬底可以经过一步以上的加工，例如在制造多层IC时，使得这里使用的术语衬底也可指已含有多个加工层的衬底。

本文所用的术语”单独可控单元阵列”应广义地理解为指任何这样的装置：所述装置可以用来赋予入射辐射束以具有图案的截面，从而可以在衬底目标部分形成所需图案。”光阀”和”空间光调制器”(SLM)术语也可用在这样的语境中。这种图案形成装置的例子将在下面讨论。

可编程镜面阵列可以包括具有粘弹性控制层和反射面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理在于，例如反射面选址区域将入射光反射为衍射光，而未选址区域将入射光反射为非衍射光。使用适当的空间滤光器，将非衍射光从反射辐射束中滤去，只留下衍射光到达衬底。以这种方式，辐射束按照矩阵可寻址表面上的选址图案而图案化。

将会理解，作为一种选择方案，滤光器可以滤去衍射光而留下非衍射光到达衬底。衍射光微机电系统(MEMS)器件阵列也能以相应的方式使用。每个衍射光MEMS器件可以包括多个可以相互相对地变形的反射带，构成将入射光反射为衍射光的光栅。

又一可供选择的实施例包括采用矩阵排列的微镜的可编程镜面阵列，通过施加合适的局部化电场或使用压电执行装置可以使各微镜面单独相对于轴倾斜。镜面又是矩阵可寻址的，使得选址镜面以不同于未被选址镜面的方向反射入射的辐射束，以这种方式反射辐射束就按矩阵可寻址镜面的选址图案被图案化。所需要的矩阵选址可用适当的电子装置执行。

在上述两种情况下，单独可控单元阵列可以包括一个或多个可编程镜面阵列。有关镜面阵列更多的信息可以在例如美国专利5,296,891和5,523,193以及PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中找到，上述专利文献被全面参照而结合于本申请。

也可以使用可编程LCD阵列。这种结构的例子在美国专利5,229,872中给出，所述专利通过全面引用而被结合于本申请中。

应当指出，例如使用特征预偏移、光学邻近校正特征、相位变化技术和多步曝光技术，在单独可控单元阵列上”显示”的图案与最后转移到衬底的一层或衬底上的图案可以大不相同。类似地，在衬底上最后形成的图案可能并不对应于在单独可控单元阵列上任一时刻所形成的图案。这可能是这样情况，其中衬底每个部分上形成的最终图案是在一定时段内或经过给定次数的曝光后形成的，而在这过程中单独可控单元阵列上的图案和/或衬底的相对位置已变化。

尽管文中可能特别提到IC制造中光刻设备的使用，但应理解此文所述的光刻设备也可以有其他应用，例如DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、薄膜磁头等的制造。专业人士将会理解在这些可选择应用的环境中，术语”晶片”或”管芯”的任何使用可以视为分别与更广义的术语”衬底”或”目标部分”同义。这里所说的衬底可以是经处理加工的、曝光之前或曝光之后的，例如在轨道(一般在衬底上涂光刻胶和将经曝光的光刻胶显影的工具)或在度量或检测的工具上。在适用的场合，这里公开的内容也可应用于这样或其他衬底处理工具。而且，所述衬底可以经过一步以上的加工，例如在制造多层IC时，因此，这里使用的”衬底”一词也可指已含有多个已加工层的衬底。

此处所用的术语”辐射”和”射束”涵盖各种类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长λ约为365、248、193、157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(例如波长范围约为5-20nm)以及粒子辐射束，例如离子辐射束或电子辐射束。

文中所用术语”投射系统”应该广义地理解为涵盖各种类型投射系统，包括折射光学系统、反射光学系统和折反射光学系统，只要适合于例如所使用的曝光辐射或例如浸没液体的使用或者真空的使用等其他条件。这里任何用法的术语”透镜”可以视为与更广义的术语”投射系统”同义。

照射系统也可以包括各种类型光学部件，包括折射、反射和折反射光学部件，用于投射辐射束的导向、成形或控制，这些部件，例如”透镜”，也可以(如下文提及)是组合的或单个的。

光刻设备可以是具有两个(双级)或两个以上衬底台(和/或两个或两个以上掩模台)的类型。在这种”多级”机器中增加的工作台可以并行地使用，即，在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个其他台进行曝光。

光刻设备也可以是这种类型：其中衬底浸入具有较高折射率的液体(例如水)，于是液体被注入投射系统的最后单元和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备的其他部分，例如掩膜和投射系统的第一元件之间。众所周知，浸没技术在现有技术中已用于增加投射系统的数值孔径。

而且，光刻设备可以配备有液体处理盒(cell)，以便允许液体和衬底的各受辐射部分之间相互作用(例如在有选择地将化合物加到衬底上或有选择地修改衬底的表面结构)。

光刻投影设备

图1示意地表示依据本发明实施例的光刻投影设备100。设备100至少包括辐射系统102、单独可控单元阵列104、载物台106(例如衬底台)和投射系统(“透镜”)108。

辐射系统102可用于提供辐射束110(例如UV辐射)，在特定情况下辐射系统也包括辐射源112。

单独可控单元阵列104(例如可编程镜面阵列)可用于将图案加在辐射束110上。一般说来，单独可控单元阵列104的位置可以是相对于投射系统108固定的。然而，在另一结构中，单独可控单元阵列104可以与定位装置(未图示)相连，从而可使阵列相对于投射系统108精确定位。如这里所述，单独可控单元阵列104为反射型(例如具有单独可控单元的反射阵列)。

载物台106可以配备有衬底夹持器(未专门示出)来固定衬底114(例如涂有光刻胶的硅晶片或玻璃衬底)，载物台106可以与定位装置116相连，以便将衬底114相对于投射系统108精确定位。

投射系统108(例如石英和/或CaF₂透镜系统或由这些材料制成的透镜单元的折反射系统或镜面系统)可以用于将从分束器118接收的具有图案的辐射束投射在衬底114的目标部分120(例如一个或多个管芯)。投射系统108可以将单独可控单元阵列104的像投射在衬底114上。或者，投射系统108可以投射次级源的像，对于次级源来说单独可控单元阵列104的单元起快门作用。投射系统108也可以包括微透镜阵列(MLA)，用于构成次级源并将微光点投射在衬底114上。

源112(例如准分子激光器)可以产生辐射束122。辐射束122射入照射系统(照射器)124，或者直接射入或者穿过例如辐射束扩展器的调节装置126之后射入。照射器124可以包括调节装置128，以设定辐射束122的强度分布的外和/或内径向广延(一般分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器124一般包括各种其他单元，例如积分器130和聚光器132。这样，照射在单独可控单元阵列104上的投影束110在其截面上具有所所需的均匀度和强度分布。

应当指出，图1中源112可以装在光刻投影设备100的外壳内(当源112是汞灯时就是这种情况)。在可供选择的实施例中，源112也可以远离光刻投影设备100。在这种情况下，辐射束122将被导入设备100(例如借助适当的导向镜面)。当源112是准分子激光器时往往就是后一情况。应当指出，这两种情况都在本发明考虑范围内。

在利用分束器118引导之后，辐射束110随后射在单独可控单元阵列104上。辐射束110受到单独可控单元阵列104的反射，穿过投射系统108，投射系统将辐射束100聚焦在衬底114的目标部分120上。

借助于定位装置116(和任选的在底座136上的干涉测量装置134，它接收经由分束器140来的干涉辐射束138)，衬底台106可以精确地移动，从而将不同目标部分120设置在辐射束110的路径上。使用时，单独可控单元阵列104的定位装置例如在扫描时可用于精确地修正单独可控单元阵列104相对于辐射束100路径的位置。一般说，载物台106的移动借助于长行程组件(粗调定位)和短行程组件(细调定位)实现，这两个组件在图1中没有画出。类似的系统也可用于定位单独可控单元阵列104。应当指出，用另一种方法/附加地，辐射束110可以是可移动的，而载物台106和/或单独可控单元阵列104可以具有固定的位置，以提供所需要的相对移动。

在本实施例的一个可选配置中，衬底台106可为固定的，而衬底114在衬底台106之上可移动。若如此，衬底台106在其平的上表面上有许多开口，气体通过开口送入，以提供能支持衬底114的气垫。传统上将这称为气体支承配置。利用可以将衬底114相对于辐射束110的路径精确定位的一个或多个执行器(未图示)，在衬底台106上移动衬底114。或者，通过有选择地启动和停止气体通过开口的流通，可以在衬底台106上移动衬底114。

尽管这里将本发明的光刻设备100描述成用来将衬底上的光刻胶曝光，但应当指出，本发明并不限于这种应用，设备100也可在无光刻胶的光刻中投射具有图案的投影束110。

所描述的设备100可以以四种优选方式使用：

1.光学分步重复方式：一次(即单次”闪光”)将单独可控单元阵列104上整个图案投射在目标部分120上。衬底台106沿x和/或y方向移动至不同位置，使各个目标部分120被具有图案的投影束110照射。

2.扫描方式：除了给定目标部分120不是在单次”闪光”中曝光以外，其他基本上与光学分步重复方式相同。不同的是，单独可控单元阵列104在给定方向(所谓”扫描方向”，例如y方向)以速度v移动，以扫描单独可控单元阵列104，产生具有图案的辐射束110。并行地，衬底台106同时沿相同方向或相反方向以速度V＝Mv(式中M是投射系统108的放大率)移动。这样，可以曝光较大的目标部分120，而不损害分辨率。

3.脉冲方式：单独可控单元阵列104保持基本上静止，利用脉冲辐射系统102将整个图案投射在衬底114的目标部分120上。衬底台106以基本上恒定的速度移动，这样使具有图案的辐射束110跨越衬底106进行线扫描。在辐射系统102的脉冲之间按需要更新单独可控单元阵列104上图案，并且将脉冲这样定时，以便将衬底114上所需位置的顺序的目标部分120曝光。因此，具有图案的辐射束110可以横过衬底114扫描，以便将一条衬底114的完整的图案曝光。重复所述过程，直至整个衬底114被逐行曝光。

4.连续扫描方式：基本上与脉冲方式相同，不同之处在于使用基本上不变的辐射系统102，并且随着具有图案的投影束110横过衬底114扫描和曝光衬底而更新单独可控单元阵列114上的图案。

也可以使用上述方式的组合和/或变型或者完全不同的方式。

示范性检查系统

图2、3和4描述本发明各种实施例的光刻设备的检查系统的配置。

图2示出本发明一个实施例中用于将具有图案的辐射束110投射到衬底114的配置和检查系统。如上所述，辐射束110被分束器118反射到单独可控单元阵列104。单独可控单元阵列104对射束110进行调制，并将它作为具有图案的射束通过分束器118反射回到投射系统108，将具有图案的辐射束投射到衬底114。但应当指出，用于照射单独可控单元阵列和将具有图案的辐射束投射到衬底114的可供选择的配置也可以与本发明一起使用。

在一个例子中，部分反射镜11设置在具有图案的辐射束110的路径上。这样就将跨越整个截面的具有图案的辐射束的辐射强度的一小部分转移到图像传感器单元12。具有图案的辐射束的剩余部分穿过部分反射镜11。这样，部分反射镜11对投射到衬底114的具有图案的辐射束的影响仅仅是稍微降低了均匀跨越其截面的辐射强度，没有改变跨越具有图案的辐射束截面上不同图案部分的相对强度。类似地，被转移到图像传感器单元12的辐射束是衰减了的具有图案的辐射束。在所述例子中，与投射到衬底114的具有图案的辐射束有关的信息保留在具有图案的辐射束的转移部分。而且，在所述例子中，由部分反射镜11转移的辐射强度保持衡定。从而，在合适的校正后，测量转移的具有图案的辐射束部分的强度可以确定投射到衬底114的具有图案的辐射束部分对应部分的强度。因此，能够同时检查和验证任何一次实际被曝光在衬底114上的图案。类似地，如果发现任何误差就可恰当修改或终止曝光。

如分别在图2、3和4中示出的，被转移到图像传感器单元12的具有图案的辐射束部分的位置是不固定的。例如，如图2所示，部分反射镜11可以设置在具有图案的辐射束进入投射系统108之前，或如图3所示，部分反射镜11可以设置在投射系统108和衬底114之间。使用后一种配置的一个理由是，被检查的图像基本上与投射到衬底114上的图像相同，即，它包括引入投射系统中的各种畸变。

在一个例子中，投射系统108和衬底114之间的空间是有限的，这使得图3的配置不太理想，而图2的配置更理想。

在一个例子中，可以在投射系统108中将图像微缩(de-magnify)。因此，如果在投射系统108之后检查图像，那么图像传感器单元12的灵敏度可能需要比在投射系统108之前检查图像所需的灵敏度更高。

在另一个例子中，如图4所示，部分反射镜11定位在投射系统108内，即在投射系统108中的两个光学部件之间。这就提供一种在对图像传感器单元12的要求和它能够检测到的在投射系统108中产生的畸变的程度之间的折中方案，而没有增加投射系统108的复杂性。

尽管上面用部分反射镜11说明了本发明，但应当指出，其他装置也可以用来代替它，只要具有图案的辐射束已经将它的强度划分，使得具有图案的辐射束的第一部分射向衬底114，第二部分转移到图像传感器单元12。例如，分束器(未示出)也可以用于代替部分反射镜11。应当指出，不同的部件最好适合于用于辐射束的一部分被转移的不同地方。如一种可供选择的方案，用于分裂具有图案的辐射束的部件可以是也用于照射单独可控单元阵列104和/或将具有图案的辐射束导入投射系统108的部件。

示范性图像传感器

在一个例子中，图像传感器单元12能够检查具有图案的辐射束的整个截面。但是，在另一个可供选择的方案中图像传感器单元12在一个瞬间只能检查具有图案的辐射束的一部分截面。前一种配置可以连续检验投射到衬底114上的整个图像。但是投影到衬底114上的具有图案的辐射束的精度足以使得这样大的传感器的成本和提供对应的大图像的分析以及检验的系统的本都不合适。

图5、6、7和8描述了本发明各种实施例中的图像传感器。

在后一种情况下，可以提供图5所示的图像传感器单元12。图像传感器单元12具有一个检查在任何给定时间具有图案的辐射束的一部分截面的图像传感器15。图像传感器单元12还包括将图像传感器15移动到具有图案的辐射束截面的所需部分的传动系统16。例如，利用所述配置能够使用较小的和可能更便宜的图像传感器15检查具有图案的辐射束的整个截面，从而能够相应地简化数据处理和图像分析系统。

在另一个例子中，如图6所示，不是移动图像传感器15的位置，而是可以使用诸如由图6示意地表示的配置。图6所示的图像传感器单元12具有一个固定的图像传感器22，它也能检查具有图案的辐射束一部分截面。图像传感器单元12还包括一块镜片20，用于将一部分具有图案的辐射束反射给图像传感器22。传动装置21将镜片20移动到所选的具有图案的辐射束截面的所需部分，以便检查并将所选部分反射给图像传感器22。由于这种配置简化了图像传感器22和其余设备(与图5所示的配置相反，在图5所示的配置中图像传感器自己移动)之间数据路径的连接，因此所述结构很有利。

尽管图5和6只示出可以在一维中选择具有图案的辐射束截面一部分的图像传感器15、22，但应当指出，图像传感器单元12可以配置成在跨越具有图案的辐射束截面的二维中选择所需部分。

还应当指出，尽管图6示出一个可以移动镜片20的配置，但是可以使用任何合适的光学元件配置，所述配置用于有选择地将一部分具有图案的辐射束截面转移给传感器22。

图9示出一种与上述配置比较的可供选择的图像传感器单元12的配置。在所述情况下，导入图像传感器单元12的具有图案的辐射束的部分强度，借助于透镜或透镜组40聚焦在可旋转镜片41上。接着反射辐射借助于透镜或透镜组42被重新形成平行辐射束。这样，通过设置镜片41的角度，就能够选择入射在图像传感器单元12中的图像传感器43上的具有图案的辐射束的截面的一部分。

在一个例子中，通过在透镜40、42的焦点上设置旋转反射器41，所需的反射器41的尺寸被显著减小。结果，控制反射器41位置的必要的传动装置同样可以相当小。

在一个例子中，反射器41由高精度传动装置(例如，压电传动装置)控制。

在一个例子中，由于反射器41的尺寸较小，反射器41能够传动的速度较大。

也可以使用类似的旋转镜片的配置。

还应当指出，将具有图案的辐射束的部分转移到图像传感器单元12的部分反射镜11本身可以以可旋转的方式安装，以便选择具有图案的辐射束的部分截面，所述部分截面入射在图像传感器单元12中的图像传感器上。但是由于调整部分反射镜11的角度可能影响导入投射系统108或衬底114的辐射强度的比例(这取决于部分反射镜11的位置)，这种配置可能引起额外的复杂性。因此，可能需要附加校正，以避免将附加误差引入曝光过程。

在一个例子中，光刻设备100可以包括一个以上的单独可控单元阵列104，所述一个以上的单独可控单元阵列104被同时照射以便提供单一的具有图案的辐射束。所述各单独可控单元阵列104可以设置为相互隔开，以便在所述阵列周围提供用于输入控制信号的空间和其它服务(例如，冷却水管)。因此，将存在分布在具有图案的辐射束中将多个具有图案的部分，而不是设置相互隔开具有图案的辐射束。

在一个例子中，如果设备具有配置成检查具有图案的辐射束截面部分的图像传感器，那么移动传感器(或移动一个光学部件去选择导入图像传感器的具有图案的辐射束截面部分)的传动装置所需的行程将是相当大的以便使它能够检查具有图案的辐射束中每一个具有图案的区域的截面。

在一个可供选择的配置中，图像传感器单元12可以包括与每一个单独可控单元阵列104相关的图像传感器。可以以彼此之间固定的间隔来设置图像传感器的相对位置，所述间隔与具有图案的辐射束中各对应的具有图案的区域之间的间隔对应。

例如，在与图5所示的配置对应的配置中，可以把图像传感器以彼此之间固定的间隔一起安装在传动装置上，使得在整个传动装置16的行程中，每一个单独的图像传感器经过与单独可控单元阵列中的一个对应的具有图案的射束的具有图案的部分。

类似地，在与图6和9所示的配置对应的配置中，可以把图像传感器固定在这样的彼此有关的位置上，使得当驱动光学部件时，射向每一个图像传感器的具有图案的辐射束部分与由各个单独可控单元阵列产生的具有图案的辐射束内每一个具有图案的区域部分对应。因此，在所述配置中，只需要用于选择由每一个图像传感器检查的具有图案的辐射束截面部分的单一的传动装置或传动系统(以及对应的传动装置控制系统)，而传动装置的所需行程比要求一个图像传感器能够检查具有图案的辐射束的整个截面的所需的行程小。

在一个例子中，使用的图像传感器的检测像素数目可以大于单独可控单元的数目，所述各单独可控单元形成由图像传感器单元12检查的具有图案的辐射束的截面部分的图案。这就提高了灵敏度，确保甚至检测到镜片对预计的图像的偏离。

在一个例子中，图像传感器具有单独可控单元阵列104部分中像素的4倍或更多的像素，所述可控单元阵列104部分形成图像传感器检查的具有图案的辐射束部分。例如，4百万像素的图像传感器可以检查由单独可控单元阵列104中一百万单独可控单元产生的具有图案的辐射束的截面部分。

根据辐射束路径中抽取用于图像传感器的具有图案的辐射束部分的位置，并且根据图像传感器像素的间距，需要放大具有图案的辐射束的转移部分。例如，如图7所示，具有图案的辐射束转移部分的整个截面可以用光学元件25、26放大。放大具有图案的辐射束的转移部分的整体减低了对图像传感器15的精确位置控制的要求(虽然它相应地提高了对传动装置行程的要求)。

此外，如图8所示，可以这样配置图像传感器单元12，使得只有具有图案的辐射束的转移部分的截面部分在图像传感器22检查之前被光学元件27、28放大。这样就可以减小所需光学元件的尺寸。

应当指出，虽然示出了与图5的图像传感器单元协作的图7的放大配置以及与图6的图像传感器单元协作的图8的放大配置，但是两种放大配置都能够与任一种用于选择检查具有图案的辐射束截面部分的配置一起使用。而且，也可以使用放大辐射束的其它众所周知的配置。

阅读本说明书之后，本专业的普通技术人员将明白，在各种例子中使用的图像传感器可以是CCD或CMOS传感器。

在一个例子中，图像传感器单元12不仅能够用于检验投射到衬底114上的图像，而且也可以在曝光之前或对光刻设备100校正测试期间使用。在这样的校正测试期间，如果需要可以用平面反射器代替部分反射镜11。例如，校正测试可以用于设置或检验光刻设备中部件的对准，或者使单独可控单元阵列的控制最佳。后者可以包括确定单独可控单元对控制信号范围的响应。通过利用执行这两个任务的图像传感器，可以降低光刻设备100的综合成本。

在一个例子中，图像传感器单元12中的一个以上的图像传感器可以用于检查具有图案的辐射束截面的给定部分。例如，它们可以设置成相互邻接或相互之间隔开，用于图像传感器的控制电路。在后一种情况下，可以这样设置对具有图案的辐射束转移部分的截面部分的选择，使得能够检查整个截面。例如，在一种检查期间两个传感器之间的截面部分随后在后面的检查期间检查。

在一个例子中，也可以使用一个以上的图像传感器单元12。在这样的配置中，可以将具有图案的辐射束分裂，形成一个射向衬底的稍微衰减的具有图案的辐射束，和两个或两个以上显著衰减的具有图案的辐射束，它们中的每一个都转移到隔离的图像传感器单元。可以在一个位置(例如在具有图案的辐射束进入投射系统之前)将射束分裂成这样几个部分，或者可以在具有图案的辐射束路径中不同位置(例如在投射系统前的位置或在具有图案的辐射束退出投射系统后的位置)转移图像传感器辐射束的所述部分。这样的配置能够鉴别光刻设备中图像畸变的来源(例如，在投射系统内)。

利用偏振技术的示范性检查系统

在一个例子中，最好利用不同取向的平面偏振的各分离的辐射图案来照射衬底114。例如，图案的某些特征可以利用第一取向的平面偏振的辐射曝光，其它特征可以利用与第一取向正交的取向的平面偏振的辐射曝光。根据光刻设备100的配置，所述两种图案可以同时曝光。

图10和11描述根据本发明各种实施例的检查系统。

图10示出本发明的一种配置，所述配置可以用于检查具有图案的辐射束中的图案，其中使用了平面偏振辐射。在这种情况下，光刻设备100包括平面偏振滤光器45，所述滤光器对转移到图像传感器单元12的具有图案的辐射束部分进行滤波。在所述例子中，在给定方向上平面偏振的辐射被包括在具有图案的辐射束的部分46中，所述部分被图像传感器单元12检查。这样，即使具有图案的辐射束还包括由不同偏振的辐射构成的图案，图像传感器单元12也可以检查在特定方向上平面偏振的辐射的图案。

在一个例子中，平面偏振滤光器45是可调的，使得滤光器45可以设置为选择在任意方向上平面偏振的辐射。这样，图像传感器单元12能够检查具有图案的辐射束中任意选择的平面偏振辐射的图案。

图11示出本发明设备的又一个变型，所述变型允许检查具有图案的辐射束中平面偏振辐射的图案。在图11所示的配置中，具有图案的辐射束的转移部分射向偏振分束器50。偏振分束器50将转移的具有图案的辐射束部分分成两个平面偏振子辐射部分51、52，所述子辐射部分分别与具有图案的辐射束的转移部分的辐射对应，所述两个子辐射束为第一方向上的平面偏振和与第一方向正交的第二方向上的平面偏振的辐射束。

在所述实施例中，设备100除了第一图像传感器单元12外还包括第二图像传感器单元53。两个图像传感器单元12、53各自设置成检查具有图案的辐射束的各平面偏振子辐射部分之一。因此，有可能同时检查具有图案的辐射束中各正交平面偏振辐射图案。

应当指出，用于检查具有图案的辐射束中平面偏振辐射图案的图10和11所示的配置可以用于检查所述具有图案的辐射束中在辐射射向投射系统108之前被转移的部分、从投射系统108转移的辐射部分和在投射系统108和衬底114之间转移的辐射部分。

再次参照图2，在一个例子中，设备100配备有控制器30，所述控制器将图像传感器单元12检测到的图像与预定图像比较。在一个例子中，这是通过将图像传感器的数据与用于产生单独可控单元阵列104的控制信号的图案数据进行比较实现的。因此，把产生的实际图像(和在衬底114上曝光的图像)与应该在衬底114上曝光的图像比较。而且，由于实际产生的图像能够象产生那样被检查，比较就可以在不参照衬底114上的实际位置进行，衬底114上的图像被投射，因而就简化了所述比较过程。

在一个例子中，对相对于被投射在衬底114上的图像位置的衬底114的位置进行测量，以便检验重叠到衬底114上的图像是否正确。

在一个例子中，表示用于由控制器30执行比较的预计的图像的图案数据与用于为单独可控单元阵列104提供控制信号的数据相同。控制器30访问与用于为单独可控单元阵列104产生控制信号的存储器相同的存储器并使用相同的数据。

在一个例子中，可以对存储的用于为单独可控单元阵列104产生控制信号的数据进行预处理以便压缩曝光期间所需的计算时间。在这种情况下，当把产生的实际图像与预计的图像进行比较时，控制器30访问包含表示图案的数据的单独的存储器，所述表示图案的数据不同于表示单独可控单元阵列104所需设定值的数据。

在一个例子中，这样配制控制器30，使得如果控制器30确定在预计图像和由图像传感器检测到的图像之间存在的差别超过预定的阈值时，它就终止衬底114的曝光。在所述例子中，衬底114就象传统的设备那样可以要求返工。但是，采用一旦曝光的图像质量降低到不能接受的水平就立即终止衬底114的曝光的方法，就节约了曝光衬底114的剩余部分的时间。

在一个例子中，在终止衬底114的曝光之后，控制器30能够自动开始重新校正过程，以便在下一个可以实现足够的图像质量的衬底曝光之前保证预计图像和实际图像之间的任何差别足够小。可供选择地或附加地，例如，控制系统30可以配置成向操作员报告出现故障。

在一个例子中，控制器30配置成在衬底114曝光期间根据所识别的图像传感器检测到的图像和预计图像之间的任何差别，更新单独可控单元阵列104中单独可控单元的控制校正。在所述例子中，在不需要中断衬底曝光的情况下保持和检验图像质量。结果，增加了设备100用于衬底曝光而不是用于校正的时间，从而提高了设备100的效率。

在一个例子中，控制器30控制单独可控单元阵列104。在另一个例子中，可以有用于控制单独可控单元阵列104的单独的控制器，所述单独的控制器接收控制器30的数据，所述数据对应于用于控制单独可控单元的校正所需的任何更新。

在一个例子中，对检查的图像的比较和确定差别是否处于容许的容差范围内的操作由对用于每一个单独可控单元的具有图案的辐射束中辐射的预计的和实际的强度进行比较的操作组成。例如，阈值可以基于对整个被检查的具有图案的辐射束部分的单独可控单元的平均强度误差的计算，和/或可以基于对每一个单独可控单元的最大容许误差的计算。对于具有图案的辐射束的整个截面，每一个单独可控单元容许的最大强度误差可以是相同的。或者，最大允许误差可以随在待形成的图案中单独可控单元的位置或一些单独可控单元的位置而变化。例如，对于形成边缘特征的单独可控单元而不是均匀强度的大块中的单独可控单元，允许误差可以是小的。

在一个例子中，也可以根据一组单独可控单元或具有图案的辐射束的被检查部分的区域的平均强度误差(即，不分析逐个单独可控单元的响应)来确定图像质量降低到可接受阈值之下。例如，在其它单独可控单元正确地起作用的组中，一个单独可控单元的相对大的误差对图像质量的影响较小，而在那个组中所有单独可控单元的相对小的误差对图像质量的影响较大。控制器30可以监视某尺寸的各个单独可控单元组的平均误差。或者，对于待形成的图案的给定特征，控制器30可以监视使辐射束形成图案的各单独可控单元中的平均误差。

在一个例子中，控制器30分析由图像传感器检测到的图像，以便鉴别单独可控单元阵列104中任何单独可控单元，所述任何单独可控单元对提供给它们的控制信号没有响应。这种的单独可控单元使图像质量产生明显的降低。这种单独可控单元永远都是断开的，在图案辐射束中产生黑斑，也可以是永远接通的，在图案辐射束中产生亮斑，或者处于两者之间的状态。控制器30可以通过比较多个检查的图像鉴别像素，和鉴别与预计图案无关的任何单独可控单元。除了用这种方法鉴别固定对比度的单独可控单元外，控制器30可以鉴别比所需响应范围更小的单独可控单元。

如图2所示，光刻设备100具有显示图像传感器单元12检测到的图像的显示器31。这样，它就能够让操作员可视化地监视形成的实际图案。

在一个例子中，显示器31可以显示预期以与检测的图像重叠配准的形式形成的对应的图案部分。因此，操作员可以可视地判断图像质量是否可接受并且识别任何误差。

在一个例子中，显示器31可以显示衬底114的特征，使得操作员能够识别在那个过程中形成的图案是否正确位于衬底114上。可以显示的衬底114的特征包括：形成在衬底上的器件的已形成的特征(即较早的层)；形成的器件的以顺序处理步骤形成的特征；两个或两个以上形成在衬底上的相邻器件之间的边界；以及在不同时间曝光的衬底的各部分之间的边界。后一种特征可以是关键的。形成在衬底上的图案的不同部分可以在不同的曝光时间曝光。因此，不同的图案部分必须适当地相互对准并具有合适的重叠量。

在一个例子中，控制器30包括用于存储图像数据的存储器32，所述存储的图像数据是由图像传感器检测到的图像，使得显示器31能够同时显示这些由图像检测器单元12以不同次数检测到的图像。这对于监视如上所述顺序曝光之间的边界特别有用。因此，存储器32还记录与衬底114上曝光位置对应的信息。

在一个例子中，光刻设备100包括接口34，如图2所示，通过接口34操作员可以选择在显示器31上显示的图像。在一个例子中，操作员可以选择被检查的具有图案的射束的转移部分的截面部分，即，检查单独可控单元阵列中给定的单独可控单元组的性能。操作员可以以选择地或可供选择地选择投射到衬底114上给定位置的图像，例如，用于确认与前一层的重叠。

可供选择地或选择地，操作员可以选择投射到衬底114上的图案中重复单元的给定部分。在所述情况下，控制器30可以配置成显示下一次曝光在衬底114上的图案的所选择的部分，也可以配置成显示上一次曝光的图案所选择的部分，或者可以配置成同时显示所有入射的图案的选择的部分，所述图案部分已经在衬底上以重叠配准的方式曝光，使得可以将它们相互比较。

在一个例子中，如图2所示，控制器30还可以包括图像分析器33。分析器33计算形成在衬底114上图案的图像质量系数，而不是简单的将每一个单独可控单元实际产生的强度值与预计强度值比较，或者将实际的图案与预计图案比较。这样的分析器33可以确定形成的器件的关键特征，即计算CD(临界尺寸)值。

应当指出，如上所述，也可以根据由图像分析器33确定的CD值来确定形成在衬底114上的图案的可接受性。

在一个例子中，图像质量系数、或CD值被存储在存储器32中，使得所述系数可以用于以下各项中的至少一项：衬底；衬底上的特定区域；由光刻设备曝光的一批衬底；形成在衬底上的器件；以及在光刻设备的规定时间形成在衬底上的多个器件的公共部分。因此，操作员可以将对于特定衬底、一批衬底或一个衬底的曝光部分的光刻设备100的性能相互进行比较或者对光刻设备的性能进行比较。

在一个例子中，操作员可以确认形成在衬底上的器件的关键部分的CD值。

在一个例子中，光刻设备100还可以具有用于将控制器30连接到以下各种设备的接口35：随后处理由所述光刻设备曝光的衬底的至少另一种其他设备(在可能的情况下启动所述设备以便补偿图像质量的任何不足或CD中的变化)；中央控制器，它监视包括光刻设备的多种设备的生产质量(使得能够检验生产设备的综合生产质量)；以及独立的检验员，例如检验光刻设备的生产质量的第三方公司。

虽然以上描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，只是以举例的方式介绍这些实施例，并不构成限制。本专业的技术人员显然清楚可以做出形式和细节上的变化而并不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的广度和范围应该不受上述任何示范性实施例的限制，而应按照后附的权利说明书及其等价物确定。

Claims

1.一种光刻设备，它包括：

照射系统，它调整辐射束；

单独可控单元阵列，它使所述辐射束图案化；

辐射束分离器，它将所述具有图案的辐射束的强度划分为至少第一和第二部分，所述各部分各自具有所述图案的基本上完整的截面；

投射系统，它将所述所述具有图案的辐射束的所述第一部分投射到衬底的目标部分上；以及

图像传感器，它检查所述所述具有图案的辐射束的所述第二部分的截面的至少一部分。

2.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

传动装置，它移动所述图像传感器以便选择所述所述具有图案的辐射束的所述第二部分的截面中的待检查的部分。

3.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

一个或一个以上可移动光学部件和相关联的传动装置，它们配置成选择所述所述具有图案的辐射束的所述第二部分的截面中的待检查的部分。

4.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述辐射束分离器位于所述单独可控单元阵列和所述投射系统之间。

5.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述辐射束分离器设置在所述投射系统中。

6.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述辐射束分离器定位在所述投射系统和所述衬底之间。

7.如权利要求1所述的光刻设备，其中，由所述图像传感器检查的所述具有图案的辐射束的所述部分被放大。

8.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述图像传感器中检测像素的数目比所述单独可控单元阵列中与所述具有图案的辐射束的所述截面中由所述图像传感器检查的所述部分对应的单独可控单元的数目多。

9.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述图像传感器中检测像素的数目是所述单独可控单元阵列中与所述具有图案的辐射束的所述截面中由所述图像传感器检查的所述部分对应的单独可控单元的数目的至少4倍或更多。

10.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

偏振滤光器，它定位在所述辐射束分离器和所述图像传感器之间，其中，到达所述图像传感器的辐射基本上只是所述具有图案的辐射束的所述第二部分中以给定方向平面偏振的辐射。

11.如权利要求10所述的光刻设备，其中，调整所述偏振滤光器以便选择到达所述图像传感器的所述平面偏振辐射的取向。

12.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

偏振分束器，它将所述具有图案的辐射束的所述第二部分分成所述具有图案的辐射束的第一和第二平面偏振子部分；以及

第二图像传感器，

其中，所述第一平面偏振子部分中的辐射对应于所述具有图案的辐射束的所述第二部分中基本上以第一取向平面偏振的辐射，

其中，所述第二平面偏振子部分中的辐射对应于所述具有图案的辐射束的所述第二部分中基本上以第二取向平面偏振的辐射，所述第二取向基本上垂至于第一取向，以及

其中，所述第一和第二图像传感器分别检查所述具有图案的辐射束的所述第一和第二平面偏振子部分的所述截面的至少一部分。

13.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

控制器，它将所述图像传感器检测到的图像与待投射到所述衬底上的图像的对应部分相比较。

14.如权利要求13所述的光刻设备，其中，如果所述控制器确定由所述图像传感器检测到的图像和预计图像之间的差别超出了预定阈值，则所述控制器终止所述衬底的曝光。

15.如权利要求13所述的光刻设备，其中，所述控制器根据由所述图像传感器检测到的图像和所述预计图像之间的差别，调整所述单独可控单元阵列的校正控制。

16.如权利要求13所述的光刻设备，其中，所述控制器根据一次曝光或多次曝光来识别所述单独可控单元阵列的单独可控单元中是否有任何单元未能响应用来控制所述单独可控单元的控制信号。

17.如权利要求16所述的光刻设备，其中，所述控制器利用所述识别过程在所述衬底曝光之前校正或调整所述单独可控单元。

18.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述图像传感器还在所述衬底曝光之前用于所述单独可控单元的校正控制。

19.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

显示器，它显示由所述图像传感器检测到的图像，所述显示器允许用户在所述衬底曝光之前利用所述图像来校正所述单独可控单元阵列。

20.如权利要求19所述的光刻设备，其中，所述显示器还显示预计的图像中与所述图像传感器检测到的所述图像重叠配准的对应部分。

21.如权利要求19所述的光刻设备，其中，所述显示器还显示在所述图像传感器检查的图像曝光在所述衬底的位置上，与所述图像传感器检测的所述图像重叠配准的所述衬底部分的特征。

22.如权利要求21所述的光刻设备，其中，所述显示的所述衬底的特征包括以下至少一项：

形成在所述衬底上的已经形成的器件的特征；

形成在所述衬底上的待形成的器件的特征；

形成在所述衬底上的两个相邻器件之间的边界；以及

在不同时间曝光的所述衬底的各部分之间的边界。

23.如权利要求19所述的光刻设备，其中还包括：

存储器，它存储表示由所述图像传感器检测到的所述图像的图像数据，

其中，所述显示器基本上同时显示在所述衬底的曝光期间在两次或两次以上由所述图像传感器检测到的图像以及投射到所述衬底上的相应的图像的相对位置。

24.如权利要求19所述的光刻设备，其中还包括：

用户接口，它允许用户选择由所述图像传感器检查的图像，以便根据以下至少一项进行显示：

待检查的所述具有图案的辐射束的转移部分的截面的一部分；

投射到所述衬底的选择部分上的图像；以及

投射到所述衬底上的、关于投射到所述衬底上的重复图案的选择部分的图像。

25.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括：

图像分析器，它分析由所述图像传感器检测到的图像，并根据图像中一种特征或一种以上特征的尺寸确定表征所述图像的至少一部分的质量的系数。

26.如权利要求25所述的光刻设备，其中还包括：

存储器，它存储由图像分析器确定的系数值，其中，所述系数值或平均系数值用于以下至少一项：

衬底；

所述衬底上的特定区域；

由所述光刻设备曝光的一批衬底；

形成在所述衬底上的器件；

所述衬底上多个器件的公共部分；以及

在用于所述光刻设备的规定的时间内。

27.如权利要求26所述的光刻设备，其中还包括：

用于使所述系数值适用于以下情况中至少一种情况的接口：

随后处理由所述光刻设备曝光的所述衬底的另一种设备；

中央控制器，它监视包括所述光刻设备的多种设备的生产质量；以及

独立检验装置，它检验所述光刻设备的生产质量。

28.一种器件制造方法，它包括：

利用单独可控单元阵列使辐射束具有图案；

把所述具有图案的辐射束的强度分成至少第一和第二部分，所述各部分各自基本上具有所述图案的完整截面；

将所述具有图案的辐射束的第一部分投射到衬底的目标部分；以及

利用图像传感器检查所述具有图案的辐射束的所述第二部分的所述截面的至少一部分。