[发明专利]水平传感器和光刻设备

说明书

本发明提供了一种用于测量衬底的表面的位置的水平传感器，包括：投影单元，被布置成将辐射束引导至所述衬底的所述表面；和检测单元。所述检测单元包括：检测光栅，被布置成接收在所述衬底的所述表面上反射的辐射束；一个或更多个检测器；一个或更多个光学元件，用以将所述辐射束从所述检测光栅引导至所述一个或更多个检测器；以及处理单元，用以基于由所述一个或更多个检测器所接收到的辐射束来确定所述衬底的所述表面的位置。所述检测光栅和所述一个或更多个光学元件被集成在单个集成光学元件中。

相关申请的交叉引用

本申请主张于2018年4月11日提交的欧洲申请18166754.4的优先权，该欧洲申请的全部内容通过引用方式合并入本文。

技术领域

本发明涉及一种水平传感器以及一种包括这种水平传感器的光刻设备。

背景技术

光刻设备是被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。例如，光刻设备可用于制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置于衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。

随着半导体制造工艺持续发展，电路元件的尺寸已持续地减小，同时每个装置的功能性元件(诸如晶体管)的数量在过去数十年中一直稳定地增长，遵循了通常被称为“摩尔定律”的趋势。为了跟上摩尔定律，半导体行业正在追寻能够创建越来越小的特征的技术。为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定了在衬底上图案化的特征的最小大小。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用具有在4nm至20nm(例如6.7nm或13.5nm)范围内的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可用于在衬底上形成较小的特征。

可以被集成在光刻设备中的形貌测量系统、水平传感器或高度传感器被布置成测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。可以从这些测量结果生成所述衬底的形貌图，也称为高度图，这些测量结果指示出根据所述衬底上的位置的所述衬底的高度。此高度图随后可用于在图案在所述衬底上的转印期间校正所述衬底的位置，以便在所述衬底上的适当聚焦位置提供所述图案形成装置的空间图像。应当理解，在此情境中，“高度”是指相对于衬底明显地在平面之外的尺寸(也称为Z轴)。通常，水平传感器或高度传感器在固定位置(相对于其自身的光学系统)处执行测量，并且在所述衬底与水平传感器或高度传感器的光学系统之间的相对运动导致在跨越整个衬底上的多个位置处进行的高度测量。

图2示意性地示出了本领域中已知的水平传感器或高度传感器LS的示例，其仅图示了操作的原理。在此示例中，所述水平传感器包括光学系统，所述光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括辐射源LSO，所述辐射源LSO提供由投影单元LSP的投影光栅PGR所施加的辐射束LSB。所述辐射源LSO可以是例如窄带辐射源或宽带辐射源(诸如超连续谱光源)、偏振的或非偏振的、脉冲的或连续的(诸如偏振或非偏振激光束)。所述辐射源LSO可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个LED。水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见辐射，而是可以另外地或替代地涵盖UV和/或IR辐射以及适合于从衬底的表面反射的任何波长范围。

投影光栅PGR包括一种导致具有空间图案化光强度的辐射束BE1的结构。具有空间图案化光强度的辐射束BE1被引导朝向在衬底W上的测量部位MLO，测量部位MLO具有相对于与入射衬底表面垂直的轴(Z轴)在0度与90度之间(通常在70度与87度之间)的入射角ANG。在测量部位MLO处，在空间上图案化的辐射束BE1被衬底W反射(由箭头BE2指示)，且被引导朝向所述检测单元LSD。