CN101526757B

CN101526757B - 用于提供对准标记的方法、器件制造方法和光刻设备

Info

Publication number: CN101526757B
Application number: CN2009101185729A
Authority: CN
Inventors: 理查德·约翰内斯·弗朗西斯克斯·范哈恩
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: TWI431440B; JP2009212518A; US8115938B2; CN101526757A; JP4897006B2; TW200943007A; KR20090095509A; KR101066626B1; US20090225331A1

Abstract

本发明公开了一种用于提供对准标记的方法、器件制造方法和光刻设备。实施例涉及一种用于在衬底上提供一组对准标记的方法，所述方法包括：在衬底的层上对具有一元素尺寸的元素的第一图案进行曝光，并在所述第一图案上方对具有一不同的元素尺寸的元素的第二图案进行曝光。所述第一和第二图案的元素交叠并形成一组对准标记，所述对准标记的边缘由小尺寸元素形成。实施例还涉及设置用于提供这样一组对准标记的光刻设备。实施例还涉及一种用于校准光刻设备以考虑与受热相关的变形的方法。

Description

用于提供对准标记的方法、器件制造方法和光刻设备

技术领域

本发明涉及一种用于在衬底上提供一组对准标记的方法，一种器件制造方法以及一种光刻设备。本发明也涉及一种用于确定设置有所述对准标记的至少两层的相对位移的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。

通常，晶片覆盖有彼此叠置的多个层。在所述层中，对图案进行曝光，其中一层中的图案必须恰当地安设在前一层上。在实际中，在连续层之间总是会有偏移。这些层彼此间的偏移或位移在此被称为重叠误差或重叠。通过设置用于测量衬底对准标记的位置的至少一种对准传感器来确定重叠，所述衬底对准标记为此目的设置在这些层上。

存在用于确定光刻设备的重叠能力的多种方法。首先，可以使用由通常存在于光刻设备中的至少一个对准传感器来实现该目的。所述对准传感器测量第一层中的对准标记相对于置于所述第一层顶部的第二层中的相同或相似的对准标记的相对位置。然而，所述重叠测量依赖于对准标记或类似的重叠目标，其尺寸远大于设置在衬底上的典型的产品特征。进而，所述对准传感器设计精度也远大于典型的产品特征。

替代地，可以使用分立的量测工具来实现上述目的。例如，可以采用所述量测工具来确定外盒/框架在所述第一层中相对于所述第二层中的内盒的位置的位置。该方法相对缓慢，且涉及在衬底上已经设置第一层之后从所述光刻设备去除衬底。最后，所述重叠的测量可以基于SEM工具。可以在分辨率下(即以与层中典型产品特征的尺寸量级相同的精度)，相对于在第二层中的在分辨率下的第二批线的位置，来测量在第一层中的一组线的位置。然而，当第一层目标位于产品层中时，基于SEM工具的方法也是相当耗时和难于实现(甚至不可能实现)的

发明内容

旨在提供一种用于在衬底上提供精确的和高质量的对准标记的方法和设备。

还旨在提供一种用于提供对准标记的方法和设备，其中所述重叠误差可以迅速地和以高精度地确定。

还旨在提供一种用于提供对准标记的方法和设备，其中所述重叠误差可以在分辨率下确定。

根据本发明的第一方面，提供一种用于在衬底上提供一组对准标记的方法，所述方法包括：

在衬底的层的至少一个曝光区域上对第一图案曝光，所述第一图案包括具有第一元素尺寸的重复的一组元素；

在所述第一图案的顶部上的所述至少一个曝光区域上对第二图案曝光，所述第二图案包括具有第二元素尺寸的一组重复的元素，所述第二元素的尺寸大于或小于所述第一元素尺寸，

其中所述第一和第二图案的所述元素部分交叠，并组合形成一组重复的大尺寸的对准标记，以使得所述对准标记在重复方向上的边缘由小尺寸元素形成。

根据另一个方面，提供一种用于校准光刻设备的投影系统的方法，所述方法包括：

a)当所述投影系统处在初始条件下，在衬底的层的至少一个曝光区域上对第一图案进行曝光以及在所述第一图案的顶部上的所述至少一个曝光区域上对第二图案进行曝光，所述第一图案包括重复的一组小尺寸元素，所述第二图案包括一组大尺寸元素，其中所述第一和第二图案的所述元素部分交叠，且组合形成一组重复的大尺寸对准标记，以使得所述对准标记在重复方向上的边缘由小尺寸元素形成；

b)当所述投影系统在受热条件下，重复所述曝光过程a)；

c)确定关于作为投影系统的至少一部分的温度的函数的所述对准标记的变形的信息。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于确定设置有各批对准标记的至少两层的相对位移的方法，所述方法包括：

在第一层上形成第一组组合的对准标记，在第二层上形成第二批补充(complementary)的组合对准标记，所述第二层设置在所述第一层的顶部上；

辐射上述两批组合的对准标记；

检测在所述第一组和第二批对准标记之间的相对位移。

根据本发明的另一个方面，提供一种器件制造方法，所述方法包括将至少一个图案从图案形成装置转移到所述器件的衬底上，其中转移图案的步骤包括：

将第一图案转移到衬底的层的至少一个曝光区域上，所述第一图案包括具有第一元素尺寸的一组重复的元素；

将第二图案转移到所述第一图案的顶部上的所述至少一个曝光区域上，所述第二图案包括具有第二元素尺寸的一组重复的元素，所述第二元素尺寸大于或小于所述第一元素尺寸，

根据本发明的另一个方面，提供一种光刻设备，所述光刻设备设置用于将对准标记的图案从图案形成装置提供到衬底上，其中所述设备被设置和构建以使得：

本发明的其它的细节、特征和优势将在本发明实施例的以下描述中进行说明。

附图说明

现在仅通过举例并参考所附示意图来描述本发明的实施例，附图中相应的附图标记表示相应的部分，且其中：

图1描述了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2示意性地描述了激光步进对准设备的示意图；

图3A示出第一对准图案的实施例的示意性表示；

图3B示出与图3A示出的对准图案组合以形成对准标记的第二对准图案的实施例的示意性表示；

图4A示出由已知的曝光方法形成的对准标记；

图4B示出由根据本发明的实施例的曝光方法形成的对准标记的实施例；

图5A-5F示出根据本发明的实施例的用于确定重叠的各种对准图案；

图6A示出包含具有变形的特征的管芯的晶片的俯视图；

图6B示出图6A的管芯的更详细的俯视图；

图6C示出被施加到图6B的管芯上的样本标记的示例的俯视图；

图6D示出图6B的管芯的俯视图，所述管芯设置有多个用于测量产品变形的样本标记；

图7A-7C示出在DPT应用中的另一个实施例的横截面视图；

图8A-8D示出另一个实施例的横截面示意图，其示出对比度与图案密度要求；

图8E示出如图8D所示的实施例的俯视图；

图9A-9C示出在间隔技术应用中的另一些实施例的横截面示意图；

图10A-10D示出在深沟应用中的另一些实施例的横截面示意图；

图11A-11B示出在另一个深沟应用中的另一些实施例的横截面示意图；以及

图12A-12C示出在过孔层应用中的另一些实施例的横截面示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的光刻设备。所述设备包括：

照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射)；

支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；

衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；以及

投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统PS配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

支撑结构支撑图案形成装置，即承受图案形成装置的重量。支撑结构以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上所需的图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

应该将这里使用的术语“投影系统”广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，所述设备是反射型的(例如，采用反射式掩模)。替代地，所述设备可以是透射型的(例如，采用透射式掩模)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在将一个或更多个其它台用于曝光的同时，在一个或更多个台上执行预备步骤。

光刻设备也可以是以下类型的，其中衬底的至少一部分被具有相对高折射率的液体(例如水)所覆盖，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液也可以用于光刻设备中的其他空间，例如用于掩模和投影系统之间。浸没技术是本领域中所公知的用于增加投影系统数值孔径的技术。本文中所使用的术语“浸没”并不意味着例如衬底等结构必须浸没在液体中，而仅仅意味着在曝光期间液体处于投影系统和衬底之间。

参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器IF1用于将掩模MA相对于所述辐射束B的路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所述设备用于以下模式的至少一种中：

1.在步进模式中，在将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。

通常，晶片或衬底覆盖有很多个层。每个层以在衬底上对图案的曝光开始。所述图案必须恰当地设定在前一个上。在实际中，在连续的层之间总是会存在偏移。在衬底在经过化学处理之后在曝光单元中被重新定位以使得单独的层的所有图案精确地彼此叠置的情况下，该偏移例如可以由所述衬底的轻微的不重合造成。这些层彼此相对的偏移或位移在此被称为重叠误差或重叠。

所述重叠由设置用于测量衬底对准标记的位置的至少一个对准传感器所确定。图2示出激光器步进对准布置的示例。如图2所示的布置包括激光源2、反射镜10、半透半反镜12、反射镜14、检测器4和处理器6。图2也示出了投影系统PS、衬底W、衬底台WT和致动器8。

在使用中，激光源2产生激光束16，所述激光束16被引导向反射镜10。反射镜10将激光束16反射到半透半反镜12。被半透半反镜12反射的激光束16被引导到反射镜14。被反射镜14所反射的激光束16作为对准束18被引导到衬底W上的衬底对准标记P1。被标记P1接收到的对准束18作为经过衍射的辐射16’被标记P1衍射回反射镜14。反射镜14将经过衍射的辐射16’反射到半透半反镜12。镜子12是半透的，并使经过衍射的辐射16’的一部分通过且到达检测器4。检测器4接收该部分经过衍射的辐射16’，并产生用于处理器6的输出信号。

如图2所示的致动器8试图示出衬底台WT可以被移动到标记P1可以与对准束18对准的位置处。另外，如本领域技术人员所知，致动器8设置用于移动衬底台WT以允许由曝光光束通过投影系统PS曝光衬底W。致动器8由处理器6所控制。当然，在实际中，可能存在多于一个致动器以允许衬底台WT在多个方向上运动。注意到，处理器6被示出为同时连接到检测器4和致动器8的一个单处理器单元。然而，如果需要，处理器6的多种不同功能可以在不同的处理器中实现。这些处理器不需要一定在光刻设备内，而还可以位于所述光刻设备外部。

由处理器6接收到的信号可以被处理器6用于对准标记P1所在的层。为此，可以采用为本领域技术人员所知的各种算法。

本发明也可应用于其它类型的对准机构，例如，在具有所谓“雅典娜(Athena)”传感器的机构中。所述对准传感器测量对准标记的位置。在对准过程中，用对准辐射束照射对准标记。所述对准辐射束被所述对准标记衍射为多个衍射级，诸如+1、-1、+2和-2。采用光学元件，每批对应的衍射级(比如+1和-1)可以被用于在参考板上形成对准标记的图像。所述参考板可以包括针对待测量的每批对应的衍射级的参考光栅。在每个参考光栅后面，可以设置检测器来测量通过所述参考光栅的图像中的辐射强度。通过将所述对准标记相对于参考板移动，对于一个或更多个图像，可以找到具有最大强度的位置，其给出了对准位置。

为了增强性能，可以测量多个图像的强度，且所述对准辐射束可以由多种颜色构成。也不排除使用其它类型的传感器，包括基于电容或声学测量原理的传感器。

图3A和3B示出根据本方法的实施例的用于形成对准标记的多批对准图案的示例。所述方法包括在第一层20的曝光区域上对重复设置的图案元素的第一密集图案21进行曝光。在示出的实施例中，图案21由基本平行的元素22(此后称为“沟”，尽管可以理解在其它实施例中也可以应用相似的元素或线)的阵列构成。所述沟以恒定间距27间隔，且每个沟22具有第一宽度(F₁)。所述第一宽度可以是典型的产品特征的尺寸量级。目前在光刻中实现的尺寸在45nm或更小的范围内，且甚至可能在将来到达更小的尺寸，例如32nm或更小。然而，在其它的实施例中，所述第一宽度也可以比在分辨率下的间距大得多。例如，通过放大从在分辨率下的间距开始的间距，可以确定作为间距的函数的印刷误差，这将在下面进行讨论。

在已经对在分辨率下的第一图案21(即沟22)进行曝光之后，对光敏抗蚀剂层20进行显影。在曝光过程中，例如由于透镜变形、掩模版刻写误差或任何其它工具导致的偏移(例如与浸没相关的偏移或透镜受热)，第一层图案21可能已经被偏移了。在对层20进行曝光后，在所述第一图案21的顶部上的曝光区域上对第二对准图案23进行曝光。如图3B所示，第二图案23还包括一组重复的元素，所述重复的元素由基本平行的第二沟24的阵列构成，所述第二沟24具有比第一元素22的宽度(F₁)大的宽度(F₂)。第二对准图案23的沟24部分地与第一对准图案21的沟22交叠，以便形成多个组合的对准标记25，如图3B所示。所述第二沟被设定尺寸和布置以便与所述第一沟交叠，以使得所述组合的对准标记25的边缘由第一元素22的边缘26(在重复P_r的方向上，参考图3A)。以这种方式，可以制作大尺寸的对准标记25，这是由于这些尺寸能够被标准对准传感器所检测到，而对准标记25的精度以及由此的经过对准的位置被第一图案21的小尺寸元素22确定。否则，换句话说，通过在曝光区域上对图案(图像)进行两次曝光，可以形成至少一个两次曝光的对准标记25，其中所述对准标记的精度可以被很大程度上改善，且对准标记的位置可以以比标准对准标记的低分辨率将允许的分辨率高得多的分辨率来确定。

在其它的实施例中，所述小尺寸元素可以在分辨率下设定尺寸，即将尺寸设置为在能够由光刻工具观察或成像的细节的最小水平，目前典型地为大约45nm，如之前所述。小尺寸图案元素在分辨率下设定尺寸的实施例的示例将在之后给出。

在上述实施例中，所述第一图案和所述第二图案在同一层中被曝光。替代在同一层中的两次曝光(即两次图形化(DPT)应用)，所述第一图案可以在第一层中被曝光，且所述第二图案可以在第二层中被曝光，所述第二层与所述第一层重叠。以这种方式，能够增强对准标记的对比度。通过将所述第二层中的第二图案与所述第一层中的第一图案相结合，得到的标记可以具有比限定在所述第一层中限定的标准标记更高的对比度。由于设计的需要，其甚至可能不能将具有足够的对比度的标记限定在第一层中。尤其是当将硬掩模用于第三层曝光且需要对准所述第一层时，可以应用根据本发明的对准标记，这将在后面讨论。

例如在DPT过程中，一个人甚至可以在实际上在该层中没有对准图案的情况下确定前一层的位置。

进而，在将所述第一和第二图案在不同的层中曝光的情况下，可以采用已经存在于光刻设备中的对准系统来对准所形成的对准标记。通过第二层曝光形成对比度，而第一层曝光确定被对准的位置。应当理解，假定第二层重叠误差保持在小于±F/2，则所述误差对于所述被对准的位置没有影响，其中F是印刷在所述第一层中的最小的图案元素尺寸。

如将在下面所讨论的，可以颠倒将第一和第二图案施加于至少一个层上的整个次序，即大尺寸图案元素在所述第一层中被曝光而小尺寸元素的密集图案(例如沟)在所述第二层中被曝光，所述第二层置于所述第一层的顶部上。在这种情况下，所述被对准的位置由所述第二层图案来确定。

在本发明的实施例中，所述对准标记由与至少两个小尺寸图案元素部分地交叠的单个大尺寸图案元素构成。更特别地，所述大尺寸元素具有大于连续的小尺寸元素之间的间距的宽度，以使得所述大尺寸元素将至少在一定程度上与至少两个所述小尺寸元素交叠。然而，在其它实施例中，采用多于一个的大尺寸图案元素和大量的小尺寸图案元素。为了确保在后面的实施例中所述第一和第二图案相互匹配，连续的大尺寸图案元素之间的空间的宽度(W，参见图3)被选择成所述小尺寸图案元素22的间距27的整数倍。

在图4A和4B中，示出了对准标记的其它示例。图4A示出三批30对准标记25，其由单一曝光得到。由于最后的沟(线)成像效应，外面两条沟(或线)25’的质量可能很差。沟25’的质量对于确定所述被对准的位置十分重要，并因此对于确保高对准精度也十分重要。由于这两条沟是半密集的，所以这并非容易执行的任务。图4B示出三批30对准标记25，其由根据本发明的实施例的两次曝光得到。在此，外沟(或线)25’由密集图案21得到，且由最后的沟25’所形成的图案的边缘是清晰限定的，以使得高质量对准标记形成在衬底上。

在与图3A和3B联系的所述的实施例中，第一曝光形成相对小尺寸图案元素22的第一图案，而第二曝光形成相对大尺寸图案元素23的第二图案。然而，在其它实施例中，情况相反。在第一曝光中，形成相对大尺寸图案元素23的第一图案，而第二曝光形成相对小尺寸图案元素22的第二图案。

在本发明的其它实施例中，提供一种用于确定设置有各批对准标记的至少两层的相对位移的方法。所述方法包括在第一层上形成第一组组合的对准标记，在第二层上形成第二批补充的、组合的对准标记，所述第二层设置在所述第一层的顶部上。此后，辐射所述两批组合的对准标记，并以高精度确定在所述第一和第二批对准标记之间的相对位移。这种实施例的示例在图5A-5F中示出。图5A示出第一图案21，所述第一图案21在衬底的第一层20中的第一曝光区域处形成。所述第一图案是包括多个连续的小尺寸元素22的类型，其可以是在分辨率下的密集图案的形式。在同一第一层20的另一个曝光区域中，曝光包括多个连续的大尺寸元素24的类型的第二图案，如图5D所示。接下来，第二层29被置于第一层20的顶部上。在图5A的同一曝光区域中，在第二层29上曝光第三图案，其中所述第三图案是具有多个与所述第一图案部分地交叠的大尺寸元素24(参见图5B)的类型。类似地，在所述大尺寸元素24的顶部上、在图5D的相同的曝光区域上对多个小尺寸元素曝光，如图5E所示。在此，图5C和5F示出在两个曝光区域上形成的对准标记30、31。对准标记30表示第一层20的X、Y位置(在分辨率下)，而对准标记31表示第二层29的X、Y位置(在分辨率下)。在两个位置之间的差别造成了在分辨率下的重叠偏移或重叠。因此，可以使用存在于光刻设备中的重叠传感器(例如SMASH型对准传感器(参见EP1372040A2)或Athena型对准传感器(参见EP0906590A1)或其它任何衍射/相位光栅型的检测系统)来确定在分辨率下的重叠。另外，基于照相机或图像的系统也可以被用于检测在分辨率下的结构的位置。以这种方式，能够借助仅仅能够在较低的分辨率下进行测量的对准传感器来测量(衬底的特征的)在分辨率下的重叠。

在如图6A-6D所示的实施例中，图案的小尺寸元素由重叠目标区域处的产品特征形成。图6A示出具有大量待曝光的管芯的晶片40。图6B示出晶片40的管芯41’中的一个的放大的细节。其示出管芯41’的产品特征44，例如在DRAM存储器中的大量并行字线(word line)、沟、位线或控制栅极。存在并行元素的变形(例如由于透镜和掩模版的变形、与浸没有关的误差、掩模和衬底台中的误差或者透镜受热而导致的误差)。在图6B的光敏抗蚀剂特征的顶部上对第二层进行曝光，其中设置多个对准图案42，每个图案具有一组重复的对准图案元素43。形成的产品如图6D所示。每个对准图案42与现有的产品特征44一起形成能够被用于确定管芯的局部变形的对准标记。实际上，可以将所述变形确定为管芯上的位置的函数。尽管在图6D中示出三个对准标记42，但是对准标记的数量是可以变化的，这依赖于产品的特性。

所述方法还可以被用于校准透镜受热效应。在对衬底上的连续的场曝光的过程中，投影系统的一个或多个透镜受热。该受热过程影响透镜的特性，即当透镜在曝光过程中受热时，透镜的变形就会发生变化。因此，当第一场被曝光时的透镜变形通常不同于当另一个场被曝光时的透镜变形。因此，被曝光到衬底上的图案可以被用于确定关于透镜变形的受热效应的信息。基于所述信息，可以对投影系统进行校准，例如通过操纵投影系统以考虑在衬底的曝光过程中透镜变形的所期望的变化。

尽管在上述实施例中，采用恒定的间距，但是在其它实施例中，也可以采用变间距的小尺寸元素，例如从近乎孤立(ISO)的线(即具有相对大的间距，但其间距小于大尺寸元素(对准标记)的间距)变化为如图6所示的密集线。这些小尺寸元素被曝光光束曝光，所述曝光光束通常具有相对短的波长，例如具有大约193nm的波长(λ)的“蓝”光。用于在衬底上形成小尺寸元素的结构存在于掩模(或掩模版)上，且“蓝”光的衍射出现。然后被衍射的光通过曝光透镜。从ISO结构衍射的光和来自密集结构的光以不同方式通过透镜。

因此，具有不同的间距的图案(即与用于形成对准标记的大尺寸元素的大间距或对准间距相比的小尺寸间距)被曝光光束以不同方式衍射，并经历不同的透镜变形(通过曝光透镜的光路不同)。所述不同的透镜变形造成了衬底上的特征的不同位移(偏移)。通过对在第一图案(具有小尺寸元素)上的具有大尺寸间距的第二图案进行曝光，可以确定所述位移(偏移)。

对准通常由至少一个对准传感器来实现，其中对准传感器具有用于生成波长相对大的光(例如波长为633nm的“红”光)的光源。该光造成具有大尺寸间距(即大尺寸元素的间距)的元素的衍射。所述对准传感器配置用于检测从这些具有大尺寸间距的大尺寸元素所衍射的光，并因此能够实现对准过程。然而，根据实施例，由小尺寸元素的图案来确定对准标记的位置，因而由不同的小尺寸元素来确定对准标记的位置。由于每个独立的小尺寸间距最终在衬底上有差异地呈现(像差导致的位移)，所以具有不同间距的一组图案可以被用于确定有关特征(例如孤立的(ISO)线和密集的线)的间距对由对准传感器感测的对准信号的影响的信息。基于该信息，可以进行ISO-密集校准。

图7A-7B涉及本发明的另一个实施例。在该实施例中，在两次图形化(DPT)应用中限定对准标记。图中示出衬底45，硬掩模46已经施加于所述衬底45的顶部上。在第一图形化步骤中，具有相对小尺寸图案元素或沟48的第一图案在层46中被图形化。在所述第一图形化过程之后的结果如图7A所示。然后，进行第二图形化步骤，且在层46中对具有相对大尺寸元素49的第二图案进行图形化。参照图7B，所述小尺寸元素48和所述大尺寸元素49的组合形成对准标记。更具体地，所述对准标记自身被限定在所述第二图形化过程中，而被对准的位置被限定在所述第一图形化过程中。

图7C示出可选的实施例，其中在所述第二图形化过程之后，一些凸起(线)47被保留在由图7B的大尺寸图案元素49所占据的区域中。或者，换句话说，在所述大尺寸元素的图形化过程中，在大尺寸元素的区域上的小尺寸元素的子集被保持基本完整。凸起的数量应当被保持足够小以为待形成的组合的对准标记形成足够的对比度，而同时该数量应当足够大以满足图案密度需求，例如由芯片制造商提出的要求。

图8A-8E涉及本发明的另一个实施例，其中类似于与图7A-7C相结合所描述的实施例，在两次图形化(DPT)应用中(更具体地为双重曝光应用)在硬掩模层中形成对准图案。本实施例的目的在于在第一次曝光中限定具有良好对比度的图案(标记)，并随后在第二次曝光中，增加各个过程的分割以便满足图案密度要求。图中示出衬底45，硬掩模46已经被施加在所述衬底45的顶部上。在第一图形化步骤中，具有相对大尺寸图案元素或沟50的第一图案在层46中被图形化。在所述第一图形化步骤之后的结果如图8A和8B所示。在图8A中，提供多个大尺寸图案元素50，而在图8B中，提供具有大尺寸图案元素51的类似图案，其中多个小尺寸元素(例如线)52被保持完整。然而，在所述小尺寸元素52之间的区域53足够大以保持具有主要为大尺寸图案元素51的图案。以这种方式，可以满足任何图案密度要求。

在两种情况中，获得具有相对高对比度的图案。然后，进行所述第二图形化步骤，且具有相对小尺寸的元素或沟54的第二图案在层46中被图形化。从图8A的情况开始，沟54在平行于光栅周期的方向上被图形化，导致如图8C所示的布局。小尺寸元素54和大尺寸元素50的组合形成对准标记。如图8A所示的对准标记具有可能需要的高对比度，以便能够进行第二次曝光。然而，标记8A可能干扰用户的设计规则。这可能在DPT应用中或者当掩模之后跟着所谓的修整掩模(trim mask)来处理时尤其显著有用。

从图8B所示的情况开始，其中原始线或小尺寸元素52的一些部分已经被保持完整，所述沟不能沿着平行于光栅周期的方向被图形化。替代地，沟55在垂直于所述光栅周期(参见灰色区域)的方向上被图形化，这导致在图8D的横截面中和图8E的俯视图中所示出的对准标记。在这点上，所述对准标记服从设计规则，且下面的衬底可以被蚀刻。

图9A-9C示出本发明的另一个实施例。图9A示出衬底45，硬掩模60被应用于所述衬底45的顶部上。以如现有技术中所公知的方式，硬掩模60已经设置有多个间隔件62。换句话说，特征在硬掩模60上被图形化，在所述硬掩模及其特征上形成膜，所述膜被部分地蚀刻掉，以使得所述特征的水平表面被曝光，仅仅将膜材料留在其侧壁上，并去除原有的被图形化的特征。结果是仅仅保留所述膜材料，所述膜材料形成间隔件62，如图9A所示。所述间隔件构成小尺寸图案元素的第一图案。

在另一个步骤中，应用修整掩模，去除(修整)一部分间隔件并得到如图9B所示的图案。所述修整掩模部分地去除间隔件62，并因此制作重复的一组相对大尺寸的图案元素63。小尺寸图案元素(间隔件62)和大尺寸图案元素63的组合形成对准标记。再者，所述对准标记被限定在所述修整掩模中，而被对准的位置由间隔件层来限定。

图9C示出具有替代的布局的另一个实施例。所述修整掩模去除多个间隔件62，但是将图9B中大尺寸元素63所占据的区域中的多个间隔件64保持完整，以便能够符合一定的图案密度要求。

图10A和10B示出本发明的另一个实施例。图中示出衬底，典型地为具有大量电容器的存储器芯片的一部分，在所述衬底中存在深沟层65。深沟层65包括多个深沟67(深度典型为8μm或更大)，所述深沟67通常设置用于形成重复的一组相对小尺寸图案元素。进而，深沟67(即小尺寸图案元素)设置成多组深沟67，以形成一组重复的大尺寸图案元素。所述多组深沟67一起形成对准标记。在图10A中，所述对准标记由三组深沟67构成。该数量可以改变，且在大多数应用中，将大于三。在此，为了增强所述对准标记的对比度，可以去除在所述深沟位置处的所述深沟层65的上部的一部分(例如通过有效面积曝光(Active Area exposure)过程来完成)。所得到的图案如图10B所示。以下述方式实现所述去除：即形成多个大尺寸图案元素69，其中大尺寸图案元素69部分地与多个小尺寸图案元素67交叠，而大尺寸元素69的边缘由原有深沟67来形成。所述大尺寸图案元素的存在改善了所述对准标记的对比度，但是所述对准标记的定位仍旧由深沟67来确定。

对比度增强可能对于对准标记被限定在后续层中的一个中的硬掩模下面的深沟层中的情况尤其有益。该情况由图10C示意性地示出。图10C示出图10A的布局，其中另一层76和硬掩模70已经被施加于深沟层65的顶部上。由于另一层76的存在，尤其是硬掩模70的存在，所述对准标记(参见图10C)的对比度可能太低。当采用用于去除深沟层65的上部的一部分的对比度增强处理，更具体地是有效面积曝光过程(或者可以被用于增强对比度的任何其它处理步骤)，且后续层76和硬掩模70被设置在经过处理的深沟层65的顶部上时，这导致具有更好的对比度的对准标记(参见图10D)。所述对比度甚至可以被增强到这种程度，使得即使在硬掩模(形成第三层)存在的情况下，被对准的位置可以由第一层的深沟(即深沟层65)来确定。

图11A和11B示出在类似于结合图10A-10D所述的配置的配置中的本发明的另一个实施例。在本实施例中，衬底包括深沟层71，在所述深沟层71中，已经提供了多个深沟72。深沟72没有分组，但是或多或少地沿着深沟层71均匀分布。另一层74和硬掩模75被施加在深沟层71的顶部上。图11A示出没有限定对准标记的配置。为了提供具有对准标记的衬底去除在多个位置上的深沟72的上部，以使得多个大尺寸元素或凹槽77存在于深沟层71的上部中。所述凹槽可以通过任何过程来制作，例如有效面积曝光过程。当所述凹槽已经被制成时，所述另一层74和随后的硬掩模75被应用在深沟层71的顶部上。凹槽77与深沟72一起形成对准标记。所述对准标记的对比度由凹槽77确定，而被对准的位置由在深沟层71中的沟72所确定。

图12A-12C示出本发明的另一个实施例，其中组合不同的对准图案以形成对准标记的概念被应用于过孔层。图12A示出衬底89，所述衬底89由彼此叠置的多个层78-84构成。层81和82已经设置有金属触点或过孔86的群组85，用于将金属层80和82互联。在本发明的意义上说，过孔86形成重复的一组小尺寸图案元素。所述过孔还设置成多个群组85，每群组形成一组相对大尺寸元素的元素。在其中这些小尺寸图案元素没有被进一步处理的情况下，它们可以被考虑成形成对准标记。在图12A中描述了三组过孔86，尽管在实际中用于一起形成对准标记的群组的数量可以是变化的。然而，该类型的对准标记的对比度可以证明是不充分的。为了改善对准标记的对比度(同时保持由过孔86所限定的原有对准标记的精度)，所述过孔的上部可以经历金属暴露(metal exposure)过程，以形成如图12B所示的配置。

所述金属暴露过程使得过孔的上部限定重复的一组大尺寸元素87，每个元素87的尺寸被设定并布置为与过孔86的群组85部分地交叠。小尺寸图案元素(即过孔86)和大尺寸元素(即被暴露给金属的部分)的组合形成对准标记。由于该对准标记的对比度由大尺寸的被暴露给金属的部分87来确定，而精度(被对准的位置)由小尺寸的过孔86来确定(由于所述对准标记的边缘由过孔86形成，这可以从图12B中看出)，所以能够改善该对准标记的对比度。

在图12C中，示出了本发明的另一个实施例。在该实施例中，针对于一组重复的小尺寸图案元素，过孔86被设定尺寸和布置，这类似于结合图12A所讨论的实施例，但是所述小尺寸图案元素没有被分组为一组形成相对大尺寸元素85。在本实施例中，对准标记仅仅在金属暴露过程之后形成，以提供如图12C所示的配置。被暴露给金属的部分88限定一组大尺寸元素，其与由过孔86所形成的小尺寸元素结合形成对准标记。被暴露给金属的部分88被设定尺寸和布置，以使得所述对准标记的边缘由过孔86形成，而不是由被暴露给金属的部分所形成，如图12C所示。因此，所述对准标记提供良好的对比度，这是由于其由大尺寸的被暴露给金属的部分88决定，而精度(被对准的部分)高，是因为这由小尺寸过孔86所决定。在该实施例中，所述过孔被暴露为沟，而在其它实施例中，所述过孔被暴露为接触孔。

在另一个实施例中(图中未示出)，所述方法包括：在衬底的曝光场之间的至少一条划线中提供第一和第二图案。例如，通过在衬底的第一场的左边一条划线中提供相对小尺寸的图案元素的第一图案，通过在所述第一场的右边一条划线中提供相对大尺寸的图案元素的第二图案，并在衬底的第二场的划线中重复提供第一和第二图案的步骤，所述第二场与所述第一场邻接，以使得设置在所述第一场的划线中的一条中的图案与设置在所述第二场的划线中的一条中的图案交叠，例如通过交叠地对第一和第二场进行曝光(往复移动)，可以在所述划线中获得对准标记。在设置在所述场的上、下划线中的对准标记的情况下，类似的过程是可能的。

应当理解，在如图所示的多个实施例中，所述标记大致是矩形的。进一步应当理解，所述标记不需要严格地为矩形，而是可以包括少量的不规则形状，其包括例如不是完美方形的拐角和不是完全直的和均匀的侧边。替代地，它们仅仅应当是足够程度的矩形，以起到用于对准目的的光栅的作用。

尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等的制造。本领域技术人员应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”和“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。

尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims

1.一种用于在衬底上提供一组对准标记的方法，所述方法包括：

在衬底的层的至少一个曝光区域上对第一图案曝光，所述第一图案包括具有第一元素尺寸的一组重复的第一元素；

对位于所述第一图案上方的第二图案曝光，所述第二图案包括具有第二元素尺寸的一组重复的第二元素，所述第二元素尺寸不同于所述第一元素尺寸，其中所述第一和第二图案的所述元素至少部分地交叠，并组合形成一组重复的大尺寸的对准标记，以使得所述对准标记在重复方向上的边缘由所述第一元素和所述第二元素中的小尺寸元素形成。

2.根据权利要求1的方法，其中在连续的大尺寸的第二元素之间的空间的宽度(W)是小尺寸的所述第一元素的间距的整数倍。

3.根据权利要求1的方法，其中所述第一图案包括小尺寸元素，且所述第二图案包括大尺寸元素。

4.根据权利要求1的方法，其中所述第一图案包括大尺寸元素，且所述第二图案包括小尺寸元素。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图案在第一层中被曝光，且所述第二图案在第二层中被曝光，所述第二层与所述第一层至少部分地交叠。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一图案和所述第二图案在同一层中被曝光。

7.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述对准标记用于对具有分辨率的图案进行成像，且所述小尺寸元素以该分辨率设置尺寸。

8.根据权利要求7所述的方法，所述方法包括以所述小尺寸元素的分辨率对准组合的对准标记。

9.根据权利要求3或4所述的方法，包括步骤：确定在所述小尺寸元素的分辨率下的组合对准标记的位置。

10.根据权利要求3或4所述的方法，包括步骤：确定在所述大尺寸元素的分辨率下的组合对准标记与其周围环境之间的对比度。

11.根据权利要求3或4所述的方法，包括步骤：

提供第一组对准标记，其中在第一层中的所述第一图案包括小尺寸元素，且在第二层中的所述第二图案包括大尺寸元素；

提供第二批对准标记，其中在第一层中的所述第一图案包括大尺寸元素，且在第二层中的所述第二图案包括小尺寸元素；

根据所述第一组对准标记确定所述第一层的位置；

根据所述第二批对准标记确定所述第二层的位置；以及

根据所确定的所述第一层的位置以及所确定的所述第二层的位置来确定重叠偏移。

12.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述小尺寸元素形成密集图案，所述密集图案由线或沟构成。

13.根据权利要求3或4所述的方法，其中每个元素大致是矩形，且所述大尺寸元素的宽度大于连续的小尺寸元素相互之间的间距。

14.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述小尺寸元素由重叠目标区域上的产品特征形成。

15.根据权利要求3或4所述的方法，其中在对所述大尺寸元素进行图形化的过程中，在所述大尺寸元素的区域上的小尺寸元素的子集被保持基本完整。

16.根据权利要求3或4所述的方法，包括步骤：提供多个对准标记，所述多个对准标记在所述小尺寸元素之间具有变化的间距。

17.一种用于校准光刻设备的投影系统的方法，所述方法包括：

a)当所述投影系统处在初始条件下，在衬底的层的至少一个曝光区域上对第一图案进行曝光以及在所述第一图案的顶部上的所述至少一个曝光区域上对第二图案进行曝光，所述第一图案包括重复的一组小尺寸元素，所述第二图案包括一组大尺寸元素，其中所述第一和第二图案的所述元素部分地交叠，且组合形成一组重复的大尺寸对准标记，以使得所述对准标记在重复方向上的边缘由小尺寸元素形成；

b)当所述投影系统在受热条件下时，重复所述曝光过程a)；

18.根据权利要求17所述的方法，包括步骤：基于所确定的关于所述变形的信息，调整作为所述温度的函数的投影系统的特性。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一和第二图案被设置在衬底的曝光场之间的至少一个划线中。

20.根据权利要求17所述的方法，包括：

在衬底的第一场的划线中的一条划线中提供相对小尺寸元素的第一图案；

在所述第一场的相反的划线中提供相对大尺寸元素的第二图案；以及

在所述衬底的第二场的划线中重复提供所述第一和第二图案的步骤，所述第二场与所述第一场邻接，以使得设置在所述第一场的划线中的一条划线中的图案与设置在所述第二场的划线中的一条划线中的图案交叠。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述对准标记根据如权利要求1所述的方法来设置。

22.一种用于确定设置有各批对准标记的至少两层的相对位移的方法，所述方法包括：

根据权利要求1所述的方法，在第一层上形成第一组组合的对准标记，在第二层上形成第二批补充的组合对准标记，所述第二层设置在所述第一层的顶部上；

辐射上述两批组合的对准标记；以及

检测在所述第一组和第二批对准标记之间的相对位移。

23.一种器件制造方法，所述方法包括将至少一个图案从图案形成装置转移到所述器件的衬底上，其中转移图案的步骤包括：

将第一图案转移到衬底的层的至少一个曝光区域上，所述第一图案包括具有第一元素尺寸的重复的一组元素；

将第二图案转移到所述第一图案的顶部上的所述至少一个曝光区域上，所述第二图案包括具有第二元素尺寸的重复的一组元素，所述第二元素尺寸大于或小于所述第一元素尺寸，其中所述第一和第二图案的所述元素部分地交叠，并组合形成一组重复的大尺寸的对准标记，以使得所述对准标记在重复方向上的边缘由所述第一元素和所述第二元素中的小尺寸元素形成。

24.根据权利要求23所述的器件制造方法，其中所述对准标记根据如权利要求1所述的方法来提供。