CN102105836A - 辐射源、光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻设备(1)，包括：源模块(SO)，所述源模块包括收集器(CO)和辐射源(105)，所述收集器(CO)被配置成收集来自所述辐射源(105)的辐射；照射器(IL)，被配置成调节由所述收集器(CO)收集的辐射，且提供辐射束；和检测器(301)，设置成相对于所述照射器(IL)具有固定的位置关系，所述检测器(301)被配置成确定所述辐射源(105)相对于所述收集器(CO)的位置和所述源模块(SO)相对于所述照射器(IL)的位置。

Description

辐射源、光刻设备和器件制造方法

技术领域

本发明涉及使用波长短于20nm的辐射的光刻设备，以及使用这样的辐射的器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是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。在所述例子中，可以将可选地称为掩模或掩模版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，包括一个或多个管芯的一部分)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被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：步进机，在所述步进机中，通过将整个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同步扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。

通过如等式(1)中所示出的分辨率的瑞利准则来给出图案印刷的极限的理论估计：

$\mathrm{CD}=k_1*\frac{\mathrm{\λ}}{{\mathrm{NA}}_{\mathrm{PS}}}---\left(1\right)$

其中，λ是所使用的辐射的波长，NA_PS是用于印刷图案的投影系统的数值孔径，k₁是依赖于工艺的调整因子，也称为瑞利常数，以及CD是被印刷的特征的特征尺寸(或临界尺寸)。从等式(1)可以得出，可以以三种方式实现减小特征的最小可印刷尺寸：通过缩短曝光波长λ、通过增加数值孔径NA_PS或通过减小k₁的值。

为了缩短曝光波长，并因此使最小可印刷尺寸减小，已经提出使用极紫外(EUV)辐射源。EUV辐射源被配置以输出小于20nm的辐射波长，且更具体地是小于约13nm。因此，EUV辐射源可以构成朝向获得小的特征印刷的非常重要的一步。这样的辐射用术语极紫外或软x射线来表示，可能的源例如包括激光产生等离子体源、放电等离子体源或来自电子储存环的同步加速器辐射。

极紫外辐射和超EUV辐射可以通过使用例如辐射发射等离子体来制造。可以例如通过引导激光到适合的材料(例如锡)的颗粒或通过引导激光至适合的气体或蒸汽(例如Xe气体或Li蒸汽)的流，来产生等离子体。所获得的等离子体发射EUV辐射(或具有更短波长的超EUV辐射)，其被通过使用诸如聚焦反射镜或掠入射收集器的收集器来收集。

收集器的方向和/或位置将确定从收集器引导(例如从收集器反射的)辐射的方向。辐射将需要被精确地引导至光刻设备的不同部分，因此重要的是收集器在特定方向上引导辐射。在光刻设备被构造且被第一时间使用时，可能是可以确保收集器在这样的特定的方向上引导辐射。然而，随着时间的流逝，可能难以确保辐射束总是在这样的特定方向上被引导。例如，光刻设备的一部分(例如辐射源的一部分)的移动可以偏移辐射的方向。额外地或可替代地，在光刻设备的一部分被更换(例如出于维护目的)时，甚至更换部件的小的未对准也可能偏移辐射的方向。

因此，期望对准或重新对准辐射源的收集器和沿着辐射束的路径位于更远处的光刻设备的一部分。因为照射器(有时称为“照射系统”或“照射布置”)是接收由收集器引导的辐射的光刻设备的一部分，所以期望对准或重新对准辐射源的收集器和照射器。

所提出的一种对准收集器和照射器的方法，涉及将发光二极管(LED)连接至收集器。对由LED发射的辐射的测量，可以用于确定收集器相对于默认(或参考)位置的方向(例如倾角)和/或位置。然而，这一方法的问题是LED可能不够耐用到足以承受围绕收集器的苛刻环境。例如，高温和使用EUV辐射的延长的曝光可能快速地损害或破坏LED。此外，LED必须高精确度地连接至收集器，且随着时间流逝LED的位置发生很小的漂移或没有漂移。在给定这些条件的情况下，基于LED的实施方式难以实现。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种光刻设备，包括：源模块，所述源模块包括收集器和辐射源，所述辐射源被构造和布置以在使用中提供辐射发射等离子体，所述收集器被配置成收集来自所述辐射发射等离子体的辐射；照射器，被配置成调节由所述收集器收集的辐射，且提供辐射束；和检测器，设置成相对于所述照射器具有固定的位置关系，所述检测器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的位置。

在本发明的另一方面中，提供了一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：使用辐射源来产生辐射发射等离子体；用收集器收集由所述辐射发射等离子体产生的辐射，所述辐射源和所述收集器是光刻设备的源模块的一部分；用照射器调节由所述收集器收集的辐射，以提供辐射束；和检测所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的位置。

在本发明的又一方面中，提供了一种检测器，所述检测器被配置用以确定辐射发射等离子体相对于收集器的位置和源模块相对于光刻设备中的照射器的位置，所述源模块包括所述收集器和辐射源，所述辐射源被构造和布置以提供所述辐射发射等离子体，所述收集器被配置以收集来自所述辐射发射等离子体的辐射，和所述照射器被配置以调节由所述收集器收集的辐射且提供辐射束，所述检测器包括：第一子部，所述第一子部包括被安装至所述照射器的第一表面的多个第一传感器，所述多个第一传感器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的旋转方向；和第二子部，所述第二子部包括被安装至所述照射器的第二表面的多个第二传感器，所述多个第二传感器被配置成确定所述源模块相对于所述照射器的位置和确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置。

附图说明

现在仅通过示例的方式，参考示意性附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的参考标记表示相应的部件，在附图中：

图1示意性地显示出根据本发明的一实施例的光刻设备；

图2示意性地显示出根据本发明的一实施例的源模块和照射器；

图3示意性地显示出根据本发明的一实施例的光刻设备的琢面状的光学元件和收集器的相对位置；

图4显示出根据本发明的一实施例的包括辐射发射等离子体和收集器的源模块、照射模块以及检测和对准系统；

图5a显示出根据本发明的一实施例的由于源模块位移而造成的远场变化；

图5b显示出根据本发明的一实施例的由于轴向的等离子体位移而造成的远场变化；

图5c显示出根据本发明的一实施例的由于侧向的等离子体位移而造成的远场变化；

图6显示出根据本发明的一实施例的成像支路(imaging branch)；

图7示意性地显示出根据本发明的一实施例的弧矢放大率和子午放大率之间的差别；和

图8示意性地显示出根据本发明的一实施例的使用两个正交的传感器-反射镜对来分离刚性移动和等离子体移动的检测方案。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的一实施例的光刻设备1。所述设备1包括：照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，极紫外(EUV)辐射)。图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT，被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，被配置用于保持衬底(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。投影系统(例如反射式投影透镜系统)PS，被配置用于将图案化的辐射束B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。

图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的方向、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它条件的方式保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件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)。

此处的任意使用的术语“掩模版”或“掩模”可以被考虑成与更上位的术语“图案形成装置”同义。

此处使用的术语“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以不完全与在衬底的目标部分上的期望图案相对应，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。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。掩模在光刻术中是公知的，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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，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。

此处使用的术语“投影系统”应当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、或对于诸如使用真空的其他因素所适合的。此处的任何使用的“投影透镜”可以被考虑成与更上位的术语“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，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

参照图1，所述照射器IL接收从源模块SO发出的辐射。该源模块SO和所述照射器IL可以被称为辐射系统。源模块SO通常包括收集器和辐射源，所述辐射源被构造和布置以在使用中提供辐射发射等离子体。

所述照射器IL可以包括配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整装置AD(未在图1中示出)。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。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入射到保持在图案形成装置支撑件(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。已经由图案形成装置(例如掩模)MA反射之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统PL将束聚焦到所述衬底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和位置传感器IF1(干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如掩模)MA。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)的帮助来实现图案形成装置支撑件(例如掩模台)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)，图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。这些公知为划线对齐标记。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如掩模)MA上的情况下，所述图案形成装置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中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(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静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL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在单一的动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。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)的无掩模光刻术中。

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。

图2显示出参考图1描述的且在图1中显示的照射器IL和源模块SO的更详细的但仍然是示意性的图示。图2显示穿过具有以反射表示的两个琢面状的光学元件100和160的照射器IL的辐射束的束路径。束路径示意性地由轴线A示出。轴线A将收集器CO相关联的第一和第二焦点连接。辐射发射等离子体105(在下文也被称作辐射源模块SO的发射点105)，理想地设置在收集器的第一焦点处。从辐射源模块SO的发射点105发射出的辐射，被收集器反射镜CO收集，且被转换成围绕轴线A居中的会聚的光束(bundle)。发射点105的图像理想地位于第二焦点；在其名义位置处的图像也被称作为中间焦点IF。第一光学元件100包括布置在第一光栅元件板120上的场光栅元件110，也被称作为场琢面反射镜(Field Facet Mirror)框架或FFM框架。场光栅元件110有效地构成(琢面状的(facetted))光学表面，被称作为光学表面125或场琢面反射镜表面或FFM表面。场光栅元件110将照射到第一光学元件100上的辐射束分割成多个光通道，且在第二光学元件160的对应的光瞳光栅元件150处形成第二光源130。光瞳光栅元件有效地构成第二(琢面状的)光学表面，被称作为光学表面140或光瞳琢面反射镜表面或PFM表面。第二光学元件160的光瞳光栅元件150布置在光瞳光栅元件板170上，也被称作为光瞳琢面反射镜框架或PFM框架。第二光源130设置在照射系统的光瞳中。在第二光学元件160的下游处的未在图2中显示的光学元件可以用于使光瞳成像到照射器IL的出射光瞳上(未在图2中显示)。投影系统的入射光瞳与照射器IL的出射光瞳一致(根据所谓的“科勒

照明”)。反射式的照射器IL系统还可以包括诸如例如掠入射场反射镜GM的光学元件，其构造和布置用于场成像和场成形。

第一和第二光学元件100和160的光栅元件110和150分别被构造成为反射镜。光栅元件110和150分别布置在光栅元件板120和170上，且具有特定的方向(例如位置和倾斜角)。对于场光栅元件板120上的单独的场光栅元件110的预选择的方向(例如倾斜角)，可以装配成将场光栅元件110中的每一元件一对一地分配给光瞳光栅元件板170上的对应的光瞳光栅元件150。

为了减少在与掩模MA一致的物平面处的照射的不均匀性，场光栅元件110到光瞳光栅元件150的布置可能不同于如在图2中由点线180显示的布置。

图3示意性地示出收集器CO和其相对于第一光学元件100的位置。辐射200被显示成从发射点105发射且由收集器CO朝向第一光学元件100引导。期望收集器CO在特定方向上引导辐射200。还期望所述特定方向在使用光刻设备期间是恒定的，使得被配置成顾及辐射200被引导所遵循的方向的光刻设备的任何元件可以如所预期地起作用。如上所示，因此期望提供允许对准或重新对准收集器CO和照射器IL(或更通常的是，照射器IL的一部分)的方法和设备，使得辐射被聚焦在特定的方向上。为了确保EUV光刻系统的好的光学性能，期望辐射发射等离子体105被相对于收集器CO精确地对准，源模块SO被精确地与照射器IL对准。根据本发明的一实施例，且如由图4中示意性地示出的，提供了一种检测器系统301(在下文也被简称为“检测器”)，其是对准器或对准系统300的一部分，且被配置以检测和测量辐射发射等离子体105相对于收集器CO的位置和源模块SO相对于照射器IL的位置和方向。对准动作(包括改变诸如等离子体、收集器和源模块等元件的位置和/或方向)可基于上述的测量的位置或方向或它们的组合。在图4中，Z-方向被限定为平行于轴线A(也参见图2)。中间焦点IF是X、Y、Z-坐标系统的原点。辐射发射等离子体105相对于收集器CO的位置具有三个独立的平移自由度，分别与平行于X、Y和Z轴线的平移相关联。由箭头420显示的致动器被构造和布置以将沿着X、Y和Z轴线的位置变化施加至等离子体源点105。源模块相对于照射器的位置具有至少5个自由度，包括分别平行于X、Y和Z轴线的三个独立的平移自由度。源模块SO还具有至少两个由Rx和Ry表示的独立的转动自由度，且分别与围绕X轴线和Y轴线的旋转相关联。由箭头430显示的致动器，被构造和布置以将沿着X、Y和Z轴线的位置变化以及转动Rx和Ry施加至源模块SO。

因此，转动自由度(Rx、Ry)允许源模块相对于照射器围绕中间焦点IF的转动。

可以通过使用致动器420在X、Y和Z方向上来控制等离子体相对于收集器的位置。源模块(其包括用于提供辐射发射等离子体的辐射源)相对于照射器的位置，可以通过使用致动器430在X、Y和Z方向上进行控制，以及源模块的方向可以进一步在旋转自由度(Rx、Ry、Rz)上进行控制，其中Rz是为围绕Z-轴线的旋转。致动器420和430可以被用于执行期望的定位。致动器420和430可以接收来自对准系统300的反馈信号。

在一实施例中，对准系统300包括8自由度的测量系统。检测器系统301被配置以测量等离子体相对于收集器在3个自由度(X、Y、Z)上的位置，和测量相对于照射器的源模块在5个自由度(X、Y、Z、Ry、Rx)上的位置。围绕Z-轴线的转动可能不由检测器测量。

所有的自由度被相对于中间焦点IF(其与收集器CO的第二焦点，即等离子体105的图像的名义位置，一致)进行限定。中间焦点IF是X、Y、Z坐标系统的原点。因此，转动自由度(Rx、Ry)被限定为源模块SO相对于照射器IL围绕中间焦点IF的转动。辐射发射等离子体105的移动自由度被相对于收集器CO的第一焦点进行限定。

参考图4，这一附图显示出根据本发明的一实施例的包括检测系统301、源模块SO和照射器IL的对准系统300的示意性的视图。如图4所示，源模块SO对照射器IL的光学表面S1、S2进行照射。源模块SO包括位于收集器反射镜CO的第一焦点处的等离子体源发射点105。收集器反射镜CO可以具有椭圆形的形状。源模块SO的第二焦点对应于中间焦点IF。光学表面S1、S2被安装在中间焦点IF的下游的位置处。

对准系统300包括检测器301，所述检测器301包括：在照射器IL的第一光学表面S1上的多个边缘传感器，用于测量倾斜和位置对准；和在第二光学表面S2上的多个位置传感器，用于仅测量位置对准。这样，可以获得倾斜和位置对准信息。

如图4所示，对准系统300的检测器301由两个子部305、310构成。检测器包括被安装至照射器IL的第一表面S1的多个第一传感器315a和315b，所述多个第一传感器315a、b被配置成确定辐射发射等离子体105相对于收集器CO的位置。所述第一子部305的多个第一传感器315a、b包括6个边缘检测器(1维的位置敏感装置)，所述边缘检测器对在第一光学表面S1处的远场的内部和外部边缘进行采样。一维位置灵敏度装置(ID PSD)可以被使用作为边缘检测器。这样的装置沿着一个方向感测入射辐射强度的变化的位置。

在一实施例中，第一光学表面S1是场琢面反射镜表面125，包括FFM框架120和多个琢面反射镜110。然而，应当理解，表面S1不一定是FFM表面；用于适当地使第一子部检测器315a、b起作用的充分条件是表面S1设置在相对于中间焦点IF的夫琅和费(Fraunhofer)衍射远场中。如由辐射发射等离子体或由替代的(设置在等离子体的位置处的)辐射源提供的在第一光学表面S1处的光斑，由于收集器反射镜CO具有包括内部直径410a和外部直径410b的环形的事实，而具有内部和外部边缘。第一子部305具有位于S1上的光斑的内部边缘处的3个边缘检测器和位于外部边缘处的3个检测器。所述内部边缘是内部亮暗辐射强度变化，外部边缘是外部的亮暗辐射强度变化。图4显示内部边缘检测器315a和外部边缘检测器315b。第一光学表面S1由可被正确地设定在中心的宽的亮斑(具有环形截面)照射。以这种方式，发射点105可以相对于收集器CO被对准在适当的位置上，源模块SO可以被相对于照射器IL倾斜地对准。

第二子部310包括被安装至照射器的第二表面S2的多个第二传感器。在该实施例中，第二光学表面S2对应于图2中的PFM表面140。第二传感器被配置以确定源模块SO相对于照射器IL的位置。第二传感器是二维位置敏感装置(2D PSD)，被布置成测量光斑在中间焦点IF处的位置。为此，FFM框架或表面S1设置有三个反射镜320，所述反射镜320将在中间焦点IF处出现的光斑成像到2D PSD 325上。图4示意性地显示反射镜320中的一个，所述反射镜320中的一个将在中间焦点处的光斑成像到2D PSD 325上。为了简明的原因，在图4中反射镜320被显示为透镜；在反射式系统中，它可以具体化为如场光栅元件110，如图2所示。2D PSD位于第二光学表面S2上。第二光学表面S2是PFM表面。在一实施例中，使用了三个2D PSD。每一2D PSD沿着两个方向(例如X和Y方向)感测在较不亮或基本上暗的背景中的亮斑的位置。因为三个传感器被用于在中间焦点IF处从不同角度检测辐射发射等离子体105的图像，所以可以确定在X和Y上(相对于收集器CO)的等离子体的位置和在X-Y-Z上(相对于照射器IL)的源模块的位置以及等离子体-Z和刚性-Z的位置。

图4中的对准系统300包括双边缘检测系统，所述双边缘检测系统允许测量等离子体在X-Y-Z上(相对于收集器)的位置，测量(相对于照射器)的源模块的Z位置以及源模块的(相对于照射器)在X和Y上的组合的倾斜度和位置。包括如图4显示的反射镜-PSD对和由反射镜320和检测器325的反射镜-PSD系统310(第二子部)和包括检测器315a、b的边缘检测系统305(第一子部)一起传达所有的感兴趣的对准参数：沿着X、Y、Z-轴线的相对于收集器CO的等离子体位置和沿着X、Y、Z-轴线的源模块的位置和相对于照射器IL的围绕X-和Y-轴线的倾斜(Rx、Ry)。

现在将说明双边缘检测方法的第一子部305的操作原理。

在源模块SO关于相对于照射器模块IL的轴线A侧向地移动时，外部和内部边缘位置一致地(1∶1)一起移动。然而，1mm的偏移可能由1mm的平移或围绕IF的1mrad的转动引起。这意味着边缘检测子部305或第一子部能够仅在X、Y方向上测量整合的(lumped)自由度：X+Ry和Y+Rx。

从第一子部305的边缘检测系统的内部和外部边缘读数可导出的内圆和外圆的半径，允许确定源模块Z-位置和发射点Z-位置。源模块SO相对于照射器IL的移动，在下文可以被称为刚性移动，发射点105相对于收集器的移动，可以被称作为等离子体移动。类似地，沿着Z轴线的这样的移动可以分别被称作为刚性-Z移动和等离子体-Z移动。具体地，例如，dZr表示刚性-Z移动。沿着纵向方向(Z方向)移动源模块SO经过距离dZr，导致在表面S1处的远场光斑外部和内部半径的半径变化dS_外部和dS_内部，其分别与Z-偏移dZr和光斑的外部或内部边缘的数值孔径NA_外部或NA_内部成比例。该比例如下：

dS_外部＝NA_外部*dZr，和dS_内部＝NA_内部*dZr。在此处，例如NA_外部是0.16，NA_内部是0.03：

dS_外部＝0.16*dZr，                   (2a)

dS_内部＝0.03*dZr。                 (2b)

沿着Z方向的等离子体-Z移动dZp导致径向变化dS_外部和dS_内部，所述径向变化与数值孔径NA_外部和NA_内部、dZp以及在中间焦点IF处的发射点105的图像的相对应的移动dZ_IF和dZ之间的纵向放大率成比例。在外部边缘区域处结束的光射线源于来自等离子体的另一环形区域，而不是内部边缘射线。对于内部边缘射线与外部边缘射线，等离子体的Z移动进行了不同的放大。刚性-Z移动和等离子体-Z移动的效应被分别在图5a和5b中显示。外部和内部边缘射线的纵向放大率上的差别与等离子体-Z和刚性-Z对准的独立确定相关。下文将对外部和内部边缘射线的纵向放大率M_外部和M_内部的推导进行讨论。

应当理解，使用双边缘子部305沿着Z轴线测量位置的原理基于外部和内部边缘射线的纵向放大率的概念。M_外部和M_内部分别是外部和内部边缘射线的纵向放大率。等式(2b)显示在刚性Z移动dZs和远场放大率(例如在内部边缘处的效应)之间有相对弱的关联；NA_内部的值相对小。因此，刚性Z移动仅在外部边缘检测器315b处是易于检测的。图5a、b和c示意性地显示，在辐射发射等离子体105相对于收集器CO或源模块SO相对于照射器IL的移动之前和之后的几个远场强度分布，如可能在使用中出现在表面S1处或附近。以mm为单位沿着水平的和垂直的轴线绘制坐标X和Y。图5a显示出源模块SO相对于照射器IL的轴向移动(沿着Z-轴线)的效应。图5b和c显示出辐射发射等离子体105关于收集器CO的各自的轴向和侧向移动的效应。图5a显示出源模块SO相对于照射器IL的60mm轴向移动的效应。变化dS_外部基本上大于变化dS_内部。然而，考虑到等离子体-Z移动，纵向放大率M_内部对于内部边缘射线来说是相对大的。这补偿了在内部边缘处的NA_内部的相对小的值。例如，对于上述的NA_外部和NA_内部值，M_外部和M_内部的值使得：

dS_外部＝NA_外部*M_外部*dZp＝9*dZp，  (3a)

dS_内部＝NA_内部*M_内部*dZp＝5*dZp。  (3b)

因此，等离子体-Z移动自身表明为更加均等的放大率；外部边缘变化dS_外部是仅比内部边缘变化dS_内部放大1.8倍。这在图5b中显示出。图5a和5b的比较表明不可能通过等离子体-Z移动完全补偿刚性-Z移动，反之亦然。图5a显示出+60mm刚性-Z位移的效应，图5b显示+1mm等离子体-Z位移的效应。

可以通过双边缘子部305来测量等离子体-X和-Y移动。因为刚性-X、-Y、-Rx和-Ry运动导致内部和外部边缘的同样的偏移，所以等离子体-X和-Y移动导致内部边缘中心相对于外部边缘的相对偏移。在图5c中显示出所述效应，其显示0.5mm的等离子体-X和-Y移动的影响。可见，等离子体的偏差自身表现为内部边缘相对于外部边缘的非常强的偏心。

边缘的中心由于内部边缘和外部边缘射线之间的放大率(在这一情形中是横向的)的强烈变化而相对于彼此移动。总之，双边缘检测子部确定了整合的刚性-X和-Y移动和刚性的-Ry和-Rx旋转运动，且能够提供由于内部边缘和外部边缘射线之间的放大率强烈变化效应而导致的等离子体-X、-Y和-Z移动。

现在将参考图4对于对在X和Y上(相对于收集器)的等离子体位置和在X、Y和Z上(相对于照射器)的源模块位置的测量进行说明，其中光学表面S1是FFM表面125(参见图2)。

第一子部305的边缘检测器315a、b可以不在刚性侧向移动和刚性旋转运动之间进行辨别，更具体地，这些检测器可以不在刚性-X和-Y移动以及刚性-Rx和-Ry运动之间进行辨别。因此，期望具有额外的子部310，所述额外的子部310仅测量刚性-Rx和Ry运动或仅测量刚性-X和-Y移动。后者允许简单的直观的方案。这一测量子部或第二子部310使得中间焦点IF成像到2D PSD传感器325的检测器表面上。这一第二子部310可能被称作为IF成像子部。

如图4所示，检测器301的第一表面S1包括多个反射镜320，所述多个反射镜320将中间焦点IF成像到设置在PFM框架上或第二表面S2上的2D PSD 325。以这种方式，可以确定在中间焦点IF处的光分布的X和Y位置，这由等离子体-X和-Y定位(相对于收集器)和刚性-X和-Y定位来确定。源模块SO围绕中间焦点IF的转动将不能被检测，这是因为横穿反射镜320的射线的路径在这样的转动的情况下不会变化。结果，通过使用第二子部310，可以在刚性-X和-Y移动之间以及刚性-Ry和-Rx运动之间进行分离。为了借助于这一第二子部310执行对于根据刚性X和Y自由度的位移的测量，仅使用一个反射镜-PSD对可能是足够的。此处反射镜-PSD对是由反射镜和PSD构成的对，反射镜将中间焦点IF的图像投影到PSD上。也在使用至少一个额外的反射镜和PSD对时，可以确定等离子体-X和-Y位置，在该情形中期望如图6所示地将两个反射镜和PSD对垂直地定向。图6显示两个这样的反射镜-PSD对610和620，分别由反射镜320a和2D PSD 325a以及反射镜320b和2D PSD 325b构成。如图6显示的检测器的布置使得能够以可替代的方式测量等离子体-X和-Y的位移。

通过利用等离子体的弧矢放大率和子午放大率对于边际射线(例如靠近远场的外部边缘横穿远场的射线，其中设置了场琢面反射镜)是不同的事实，可以将等离子体-X和-Y移动与刚性-X和-Y移动分离。

在图7中示出了弧矢放大率和子午放大率之间的差别。图7显示出平坦的反射镜710。如图7所示，在Y方向上的等离子体移动dYp被以角度

的余弦放大：

这一余弦系数仅在移动位于由入射和反射射线限定的平面内时是可应用的。在这一情形中，所述移动位于子午平面内，与之相关的放大率被称为子午放大率(在这一情形中是cosine

)。在射线角是90度的极端情形中，所述移动平行于射线，且因此放大率变成零；如由90度的余弦等于0的事实所预测的。

弧矢移动描述在X方向上的移动的放大率变化；例如垂直于子午平面。相关的放大率被称作为弧矢放大率。参考图7，且假定移动是向内的(X-方向)，在假想屏幕720处的移动也将位于X方向上，且放大倍数将是1，而与射线角度

无关。

因为源收集器CO对于由等离子体发射的辐射具有约5Sr(球面角度)的接收立体角，所以等离子体移动的子午放大率和弧矢放大率之间的差别与轴上射线的子午放大率和弧矢放大率之间的差别相比，对于边缘射线来说是相对大的。

远场边缘的径向位移与等离子体位移和子午放大率成比例。子午放大率仅确定了等离子体移动的径向放大率。因为该子午放大率基本上在内部和外部边缘之间变化，所以可以使用这来在刚性移动和等离子体移动之间进行区分，如图4所示。

对于边际射线来说，弧矢放大率和子午放大率可能是显著地不同的。在正交地定向的反射镜-PSD对处测量等离子体图像的位置，允许计算等离子体移动。如果等离子体移动是特定的反射镜-PSD对的弧矢移动，那么这表示另一反射镜-PSD对的子午移动，这是因为PSD着眼于沿着两个正交平面的移动。

在两个传感器不检测同一图像偏移时，这表明等离子体已经移动。可以使用已知的放大率来计算等离子体移动(方向和大小)。在图10中显示这一原理，其假定一个反射镜-PSD对位于Y、Z平面内，另一反射镜-PSD对位于X、Z-平面内。应当理解，对于任何其它的正交的方向，类似的分解可以被分解成弧矢和子午移动。参考图6，反射镜320a(仅为了简明的目的，示意性地显示为透镜)和2D PSD 325a一起形成位于Y、Z-平面中的反射镜-PSD对，类似地所述对反射镜320b-2D PSD 325b一起形成位于X、Z-平面内的反射镜-PSD对。2D PSD325a被称作为Y-传感器，2D PSD 325b被称作为X-传感器。除了图6之外，图8示意性地显示根据本发明的一实施例使用两个正交的传感器-反射镜对来分离刚性和等离子体移动的检测方案。

图8a中的双箭头显示出作为等离子体移动的结果在Y-和X-传感器上的发射点105的图像的位移811和812。在2D PSD上的中间焦点IF处的光斑的图像在图8中被显示为圆圈。双箭头的一个端点在等离子体移动之前位于光斑的中心；未示出对应的光斑。在图8a中由箭头811和812示出位移，由箭头811和812的相对长度示出位移的相对大小。所述位移具有不同的大小，位移811大于位移812。等离子体-X和-Y移动的效应分别在图像位移的组821和822中显示。类似地，刚性-X和-Y的移动的效应分别在图像位移的组823和824中显示。具体地，等离子体-X移动导致在Y-传感器325a上的位移811以及在X-传感器325b上的位移812。相比，图8b显示作为刚性移动(即源模块相对于照射器的移动的结果)在Y-和X-传感器上的发射点105的图像的位移813。所述位移在图8b中由箭头813表示，且每一个具有相同的大小。具体地，刚性-X移动导致在Y-传感器和X-传感器上相同的X-位移813，且类似地，刚性Y-移动导致在Y-传感器和X-传感器上的相同的Y-位移813。

在图8a中显示的图像位移的组合表示等离子体移动。在本例子中，确定位移812的放大率是1，且确定位移811的放大率是6.2。可以通过使用这些系统的特性放大率和所测量的位移811和812来计算相对应的等离子体移动(方向和大小)。

类似地，如图8b中显示的图像位移的组合表示刚性移动。在本例子中，确定位移813的放大率是1，相对应的刚性移动(方向和大小)可以通过使用这一系统特性放大率和所测量的位移813进行计算。因此，通过使用设置在两个彼此正交平面中的两对反射镜-PSD，使得能够分离刚性移动和等离子体移动，和计算这些刚性和等离子体移动的大小和方向。

例子1：在Y-传感器上，Y-位移测量为10mm，X-位移测量为10mm。在X-传感器上，X-和Y-位移也测量为10mm。结论：因为在X和Y传感器之间没有观察到变化，所以10mm的刚性-X和-Y移动是所观察的行为的原因。

例子2：在Y-传感器上，Y-位移被测量为1mm，X-位移被测量为10mm。在X-传感器上，X-位移测量为1.6mm和Y-位移测量为1mm。结论：1mm的刚性-Y和1.6mm的等离子体-X移动是所观察的行为的原因。X-等离子体移动在Y-传感器上比在X-传感器上引起了更大的偏移。这是由X-移动对于Y-传感器来说是弧矢移动(大的放大率系数)和X-移动对于X-传感器来说是子午移动(小的放大率系数)的事实引起的。

等离子体-X和-Y的确定的边缘检测方法使用收集器显示在轴线上的射线和边际射线之间的子午放大率上有大的差别的事实，而对于2D-PSD方法，等离子体移动(与刚性移动分离)的识别依赖于收集器对于边际射线具有完全不同的弧矢放大率和子午放大率的事实。

至此为止所描述的检测器和辐射源已经被描述成与照射器的一部分成固定的位置关系，收集器被相对所述照射器的一部分对准。检测器和/或辐射源可以位于照射器或照射器的一部分内，和/或连接至照射器或照射器的一部分。

可以组合上述的实施例。在上述实施例中，已经描述的收集器例如由凹反射表面形成。在使用额外的辐射源在收集器的区域处引导辐射且之后检测器用于检测从这一区域反射的辐射上的变化的实施例中，收集器还可以是例如掠入射收集器。所述区域可以是掠入射收集器的构成部分的一部分或连接至其上。额外的和/或更精确的位置和/或方向信息可以通过使用例如额外的检测器来获得。

可以在任何适合的时间进行收集器相对于照射器的对准。例如，在一实施例中，在关于光刻设备的一部分或全部所进行的校准路线期间，可以进行所述对准。在光刻设备未被使用以施加图案至衬底时，可以进行对准。在光刻设备被第一次致动时或在被延长的停止时间段之后，可以进行对准。在例如收集器或照射器的一部分被更换或移除(例如在定期维护等期间)时，可以进行对准。在一实施例中，将收集器和照射系统的一部分对准的方法可以包括下述：检测从设置有收集器的区域引导的辐射；从所述检测确定收集器是否与照射系统的一部分对准；和如果收集器未与照射系统的所述部分对准，则移动收集器或照射器的所述部分。在移动收集器或照射器的所述部分之后，可以重复所述方法。

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(LCD)、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，可以将此处使用的任意术语“晶片”或“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，可以将此处的公开内容应用于这种和其它衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为了产生多层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，在光学光刻术的情形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，例如压印光刻术，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。在压印光刻术中，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。

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描述上述公开的方法的性能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明白，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对如所描述的本发明进行修改。

本发明不限于光刻设备的应用或在如在实施例中所描述的光刻设备中使用。另外，附图通常仅包括理解本发明所必须的元件和特征。除此之外，光刻设备的附图是示意性的且不是成比例的。本发明不限于在示意性的附图中显示的这些元件(例如在示意性的附图中画出的反射镜的数量)。此外，本发明不限于图1和2中描述的光刻设备。本领域技术人员将理解，可以组合上文描述的实施例。

Claims (14)

1.一种光刻设备，所述光刻设备包括：

源模块，所述源模块包括收集器和辐射源，所述辐射源被构造和布置以在使用中提供辐射发射等离子体，所述收集器被配置成收集来自所述辐射发射等离子体的辐射；

照射器，所述照射器被配置成调节由所述收集器收集的辐射和提供辐射束；和

检测器，所述检测器设置成相对于所述照射器具有固定的位置关系，所述检测器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的位置。

2.根据权利要求1所述的光刻设备，其中所述检测器被配置成测量所述辐射发射等离子体相对于所述收集器在三个独立的平移自由度上的位置。

3.根据权利要求2所述的光刻设备，其中所述检测器被配置成测量所述源模块相对于所述照射器在5个自由度上的位置，所述5个自由度包括3个独立的平移自由度和2个独立的转动自由度。

4.根据权利要求1所述的光刻设备，其中所述检测器包括第一子部，所述第一子部包括被安装至所述照射器的第一表面的多个第一传感器，所述多个第一传感器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置。

5.根据权利要求4所述的光刻设备，其中所述第一传感器被构造和布置以沿着一个方向感测入射辐射强度变化的位置。

6.根据权利要求5所述的光刻设备，其中所述第一传感器包括被配置以感测由所述收集器反射的所述辐射束的内部边缘的位置的传感器和被配置以感测由所述收集器反射的所述辐射束的外部边缘的位置的另一传感器。

7.根据权利要求6所述的光刻设备，其中所述内部边缘是内部亮暗辐射强度变化，其中所述外部边缘是外部亮暗辐射强度变化。

8.根据权利要求4所述的光刻设备，其中所述检测器包括第二子部，所述第二子部包括被安装至所述照射器的第二表面的多个第二传感器，所述多个第二传感器被配置成确定所述源模块相对于所述照射器的位置。

9.根据权利要求8所述的光刻设备，其中所述第二传感器被构造和布置以沿着2个方向感测入射辐射强度的变化位置。

10.一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：

使用辐射源来产生辐射发射等离子体；

用收集器收集由所述辐射发射等离子体产生的辐射，所述辐射源和所述收集器是光刻设备的源模块的一部分；

用照射器调节由所述收集器收集的辐射以提供辐射束；和

检测所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的位置。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括检测所述源模块相对于所述照射器的转动方向的步骤。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中用于所述检测步骤的检测器包括第一子部，所述第一子部包括被安装至所述照射器的第一表面的多个第一传感器，所述多个第一传感器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的转动方向。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述检测器还包括第二子部，所述第二子部包括被安装至所述照射器的第二表面的多个第二传感器，所述多个第二传感器被配置成确定所述源模块相对于所述照射器的位置。

14.一种检测器，所述检测器被配置用以确定辐射发射等离子体相对于收集器的位置和源模块相对于光刻设备中的照射器的位置，所述源模块包括所述收集器和辐射源，所述辐射源被构造和布置以提供所述辐射发射等离子体，所述收集器被配置以收集来自所述辐射发射等离子体的辐射，和所述照射器被配置以调节由所述收集器收集的辐射且提供辐射束，所述检测器包括：

第一子部，所述第一子部包括被安装至所述照射器的第一表面的多个第一传感器，所述多个第一传感器被配置成确定所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置和所述源模块相对于所述照射器的转动方向；和

第二子部，所述第二子部包括被安装至所述照射器的第二表面的多个第二传感器，所述多个第二传感器被配置成确定所述源模块相对于所述照射器的位置和所述辐射发射等离子体相对于所述收集器的位置。

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