CN101458458A - 对准方法和装置、光刻装置、计量装置和器件的制造方法 - Google Patents

对准方法和装置、光刻装置、计量装置和器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对准方法和装置、光刻装置、计量装置和器件的制造方法。一种包括空间相干的辐射源的对准传感器，该辐射源可以为角度分解的散射仪提供辐射束。通过检测在相对于散射仪的衬底扫描过程中的散射仪波谱的差拍来执行对准操作。

Description

对准方法和装置、光刻装置、计量装置和器件的制造方法
技术领域
本发明涉及用于例如采用光刻技术的器件制造中的对准方法和装置，以及采用光刻技术制造器件的方法。
背景技术
光刻装置是将所需图案施加到衬底，通常是衬底的目标部分(targetportion)上的一种机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置，其也可被称作掩模或掩模版，可用于产生将要在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如硅晶片)的目标部分上(例如包括一部分，一个或者多个芯片)。该图案的转移典型地是通过在衬底上的辐射敏感材料(光刻胶)层上成像。一般地，单一的衬底将包含相继图案化的相邻目标部分的网格。已知的光刻装置包括所谓步进器，其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分，已知的光刻装置还包括所谓扫描器，其中，通过在投影光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描衬底来照射每个目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上的方式将图案从构图装置转移到衬底上。
在衬底上的目标部分曝光之前，需要把目标部分与将要投射在其上的空间图像对准。以前这是通过具有显微镜或基于激光的系统的投影镜头看过去，把构图装置(例如，掩模版或掩模)上的标记与在衬底上的相应标记对准来实现。这被称作通过透镜对准。然而在写本文的时候，所谓离轴对准的工艺已经很普遍。这涉及在把具有衬底的衬底台传送到曝光站前，采用对准系统来测量保持在衬底台上的衬底上的对准标记相对于安装在衬底台上的一个或多个永久参考标记或基准(fiducial)的相对位置。在曝光站下只需要确定基准与将要曝光图案的架空像的相对位置。然后，即可计算出准确定位每个曝光目标部分的衬底基座的轨迹。
已知的各种对准系统。其中一种是，衬底上的对准标记是被检测光束照射的光栅。通过光栅衍射的不同衍射级被分离，并且相应的级被重组(例如，+n与-n组合)以形成对准标记的像，该像覆盖相应的透射参考光栅。当基板相对于该系统被扫描时，当该像和参考光栅变为同相和异相时，参考光栅后面的传感器的输出信号随之振荡。不同间距(pitch)的多个光栅允许中心周期(center period)被捕获，并且在扫描中的多个样品允许对准精度大大好于该光栅间距。已知可以用两种不同波长以能够使用在复杂工艺层叠中的标记来对准。另一种对准传感器的形式使用自参照干涉仪把对准标记的像与旋转180度后的该像的复制品重叠。这样的优点是可以采用任意的180度旋转对称的对准标记，而不只是用光栅。
虽然公知的对准传感器快速且精准，半导体器件中对不断提高特征密度的需求导致对准系统需要进一步改善，例如采用更小的对准标记，不同的照射波长以及探测“缺陷”标记(例如具有降低的特征高度的标记，或由于重叠层和/或在衬底上执行的工艺的影响的标记)。
发明内容
希望提供一种改进的对准系统，例如，用于通过光刻技术的器件的制造。
根据发明的一方面，提供一种配置为检测衬底上的对准标记的对准装置，该装置包括：配置为发射辐射束的空间相干的辐射源；物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的对准标记上，并收集被该标记衍射的辐射；传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；以及控制电路，其设置成检测所检测的角度分解光谱的空间和/或时间的变化，并且从中得到关于对准标记相对于物镜的位置的信息。
根据发明的另一方面，提供一种光刻装置，包括：设置为照射图像的照明光学系统；设置为投射图案的像到衬底上的投影光学系统；设置为检测衬底上对准标记的对准系统，该装置包括：配置为发射辐射束的空间相干光源；物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的对准标记上，并收集被该标记衍射的辐射；传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；以及控制电路，其设置成检测所检测的角度分解光谱的空间和/或时间的变化；以及定位系统，其响应于通过对准系统对该对准标记的检测；并且该定位系统被配置为在该投影系统的像场中定位该衬底。
根据本发明的另一方面，提供了一种配置为测量衬底特性的计量装置，该装置包括：配置为测量衬底上的已知位置的目标处的特性的传感器系统；设置为检测衬底上的对准标记的对准系统，该装置包括：配置为发射辐射束的空间相干光源；物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的对准标记上，并收集被该标记衍射的辐射；传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；控制电路，其设置成检测所检测的角度分解光谱的空间的和/或时间的变化；以及定位系统，其响应于通过对准系统对该对准标记的检测；并且该定位系统被配置为在该传感器系统的视场中定位该衬底。
根据本发明的一方面，提供一种检测衬底上标记位置的方法，该方法包括：用空间相干的辐射束照射该标记；用物镜收集被该标记衍射的辐射；检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；将衬底和物镜相对移动；以及检测在角度分解光谱中的振荡信号。
根据本发明的一方面，提供一种采用具有投影系统的光刻装置的器件制造方法，该方法包括：检测衬底上的标记的位置，该检测是通过：用空间相干的辐射束照射该标记；用物镜收集被该标记衍射的辐射；检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；将衬底和物镜相对移动；以及检测在角度分解光谱中的振荡信号；参考已检测的标记的位置相对于该投影系统定位该衬底；采用投影系统将图案的像投射到衬底上。
附图说明
现在介绍发明的实施例，仅通过举例，参照所附示意图，其中参考标记表示相应的部分，并且其中：
图1描述根据本发明实施例的光刻装置；
图2描述了光刻单元或组件；
图3描述了根据本发明实施例的对准传感器；
图4描述了图3的对准传感器的辐射源；以及
图5描述了超连续的激光。
具体实施方式
图1示意性地描述根据发明实施例的光刻装置LA。该光刻装置包括：构造为调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)的照明系统(发光器)IL；构造为支撑构图装置(例如掩模)MA的支撑台(例如掩模台)MT，并且支撑台连接至第一定位装置PM，第一定位装置PM构造为根据特定的参数精确地定位该构图装置；衬底台(例如晶片台)WTa或WTb，构造为支持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W，并连接至构造为根据特定的参数精确地定位该衬底的第二定位装置PW；构造为向衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个芯片)投射通过构图装置MA赋予辐射束B的像的投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS。该光刻装置LA也包括参考框架RF。
该照明系统可包括不同类型的用于引导、成形、或控制辐射的各种类型的光学元件，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元件，或它们的任何组合。
支撑结构支撑即承受该构图装置的重量。它以这样的方式支撑该构图装置，该方式依赖于构图装置的方位、光刻装置的设计以及其它条件，例如该构图装置是否保持在真空环境中。该支撑结构可使用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来支持该构图装置。该支撑结构例如可以是按照需要固定或可移动的框架或台。该支撑结构可确保该构图装置例如相对于投影系统在需要的位置。任何使用的术语“掩模版”或“掩模”在此理解为与更上位的术语“构图装置”含义相同。
此处使用的术语“构图装置”应该广义地解释为表示任何能用于在辐射束的横截面上赋予图案以在衬底的目标部分上产生图案的装置。应该注意赋予辐射束的图案可能不精确地对应于衬底的目标部分上的所需图案，例如如果该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对应于创建在目标部分中的装置例如集成电路的特定功能层。
该构图装置可以为透射式或反射式的。构图装置的例子包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括例如二元、交替相移和衰弱相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的例子使用小反射镜的矩阵排列，其中每个反射镜都可以独立地倾斜以在不同方向反射入射的辐射束。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
此处使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包含任何类型的投影系统，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，只要对于所使用的曝光辐射是适合的，或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其它因素是适合的。此处使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所述的，该装置是透射型的(例如采用透射式掩模)。替代地，该装置可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
该光刻装置可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多掩模台)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。
该光刻装置也可以是其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的例如水的液体覆盖的类型，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液也可以应用到光刻装置中的其它空间，例如，在掩模和投影系统之间的空间。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径，这是本领域中已知的。这里使用的术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须淹没在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1，照射器IL接受从辐射源SO发出的辐射束。该源和光刻装置可以是分立的实体，例如当该源为准分子激光器时。在这种情况下，该源不应认为是该光刻装置的一部分，并且通过包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将该辐射束从该源SO传送到照射器IL。在其它情况下，该源可以是光刻装置的组成部分，例如当该源是汞灯时。可以将该源SO和该照射器IL以及如果需要时的束传递系统BD一起称作辐射系统。
照射器IL可以包括构造为调整辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/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，照射器IL可以包括各种其它元件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将照射器用于调节辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的构图装置(例如，掩模)MA上，并且通过构图装置来形成图案。已经穿过构图装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于该辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库机械地获取之后，或在扫描期间，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于将构图装置(例如，掩模)MA相对于辐射束B的路径精确地定位。通常，可以通过形成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现支撑结构(例如，掩模台)MT的移动。类似地，可以通过形成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台WTa和/或WTb的移动。在步进器的情况下(与扫描器相反)，该支撑结构(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。
可以使用构图装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准构图装置(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(这些被称作划线(scribe-lane)对准标记)上。类似地，在将多于一个芯片(die)设置在掩模MA上的情况下，该掩模对准标记可以位于芯片之间。小的对准标记也可以包含在芯片之中，在器件特征之中，在这种情形中，期望标记尽可能地小并且不需要不同于相邻特征的成像和工艺条件。该对准系统检测对准标记，在下面进一步描述。
可以将上述装置用于以下模式的至少一种：
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，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT保持为基本静止(即单一静态曝光)。然后将衬底台WTa和/或WTb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，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WTa和/或WTb同步地进行扫描(即单一动态曝光)。衬底台WTa和/或WTb相对于支撑结构(例如，掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统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动态曝光中的目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(扫描方向)。
3.在另外的模式中，将保持可编程构图装置的支撑结构(例如，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，对衬底台WTa和/或WTb进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WTa和/或WTb的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新可编程构图装置。这种操作模式易于应用于利用可编程构图装置的无掩模光刻中，例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变形，或完全不同的使用模式。
光刻装置LA是作谓的双台型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站和测量站，在两个站之间衬底台可以被交换。当一个衬底或一个衬底台在曝光站被曝光的时候，另外的衬底可在测量站被装载在另一衬底台上并且做好各种准备工序。该准备工序可以包括采用水平传感器LS描绘(mapping)衬底的表面控制，以及采用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。这使该装置的生产量大大提高。如果位置传感器IF在衬底台位于测量站及曝光站时不能测量衬底台的位置，可以提供第二位置传感器来追踪衬底台在两个站的位置。
如图2所示，光刻装置LA构成了有时也被称为光刻单元或组件的光刻单元LC的部件，LC也包括在衬底上执行前曝光和后曝光过程的装置。传统上这些包括用来淀积光刻胶层的旋涂装置SC、用来显影已曝光的光刻胶的显影装置DE、冷却盘CH和烘烤盘BK。衬底机械手或机器人RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾起衬底，在不同的过程装置间移动衬底，并且把衬底放到光刻装置的装载框LB中。这些装置，其通常被统称为轨迹(track)，在轨迹控制单元TCU控制之下，TCU本身被监管控制系统SCS控制，SCS也通过光刻控制单元LACU控制光刻装置。即，不同的装置可以被操纵从而最大化生产量和工艺效率。
对准传感器AS，其是散射仪的形式，如图3所示。在这个传感器中，通过辐射源单元2(下文进一步描述)发出的辐射被透镜系统12聚焦，穿过元件13和(可选)偏光镜17，被部分反射表面16反射并通过显微镜物镜15被聚焦到衬底W上，物镜15具有高数值孔径(NA)，优选至少0.9以及更优选至少0.95。浸没传感器甚至可具有数值孔径超过1的透镜。透镜系统12被设置为提供所需的照射模式，例如，环状的或传统的模式，并且优选模式的参数例如Φinner、Φouter或Φ都是可调整的。被反射的辐射然后通过部分反射表面16进入检测器18，从而检测到散射光谱。该检测器可以位于背投影光瞳平面11中，其在透镜系统15的焦距处，然而作为替代，光瞳平面可以通过一些辅助光学附件(未示出)在检测器上重新成像。检测器18与处理单元PU通讯。该光瞳平面是这样的平面，其中辐射的径向位置决定了在衬底上的入射角以及角位置定义了辐射的方位角。检测器优选是二维检测器，从而能测量到衬底目标的二维的角散射光谱。检测器18可以，例如，是CCD或CMOS传感器，并且可采用，例如，每帧一毫秒或更少的积分时间。
例如常用参考束来测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到分束器(beam splitter)16上时，部分辐射束透过分束器作为参考束射向参考镜面14。该参考束然后被投射到相同的检测器18的不同部分上。
该检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的散射光的强度，以及分别测量多个波长或者跨波长范围积分(integrated)的强度。此外，检测器可以分别地测量横向磁致或横向电致起偏的强度。
在衬底W上的目标30是光栅形式的对准标记。通常，在散射测量中，目标的散射测量数据被用来重构它。然而，如下面讨论的，本发明使得不用重构标记就可检测标记的中心位置。
图4中显示了辐射源单元2的更多细节。该源包括：空间相干光源21，例如激光二极管(优选超发光的)或者超连续激光器，其引导光进入声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter)(AOTF)、光栅或者一组可交换的干涉滤波器，它们用来从源21的宽带(白光)输出中选择窄范围的波长，从而在传感器的剩余部分中构成检测束，如图4中AS所示。
该声光可调滤波器包括连接到压电换能器23的声光晶体22，压电换能器23由高频驱动电路24驱动，以及声吸收器25。换能器23在晶体22中产生声波，该声波具有由晶体的机械特性(声音的速度)和驱动的频率决定的波长。由于晶格交替地扩张和收缩，当这些波通过晶体传播时，它们形成了晶体的折射系数的周期性的再分布。这构成了衍射光栅，其衍射通过它的光，虽然衍射发生在相互作用的整个区域中而不是在单个点，并且只有满足相位和/或动量匹配条件的辐射才被衍射。其净影响是，窄带波长的辐射被衍射而从主光束分离，并且可被空间和/或偏光滤波器26选择。衍射束的中心波长取决于换能器的驱动频率，由此它可以被快速地控制在相当宽的范围内，取决于驱动电路25的响应时间、换能器和晶体。衍射束的强度也可以通过声波的强度来控制。
可以用作声光晶体的合适材料包括：石英(SiO2)，KDP(KH2PO4)，氧化碲或二氧化碲(TeO2)，LiNbO3，氯化亚汞或氯化汞(Hg2Cl2)，TAS(Ta3AsSe3)和Te(碲)，氟化镁(MgF)，以及蓝宝石(氧化铝，Al2O3)。所选的晶体决定了声光可调滤波器的几何形状的细节。如果采用了双折射晶体，该滤波器也可以选用特定的偏振状态(polarization state)。
高频驱动单元24连接到散射仪的控制单元CU，其提供驱动信号从而导致换能器发出适当频率的声波，从而以给定测量所要求的期望波长为中心选取窄带波长。发射束的带宽优选是小于20nm、小于15nm、小于10nm或小于5nm。驱动信号频率和所选波长之间的精确关系取决于所使用的特定的晶体和器件的几何形状。在一些情形中，通过应用具有两个或多个具有不同频率Ω1到Ωn的分量的驱动信号，该滤波器可以被操作来选取多个分量，每个分量都以不同的波长为中心，其构成了可以同步进行多个测量的多色束。驱动信号的不同频率分量的强度是可变的，从而分别控制该多色束中的不同波长的强度。
在本发明实施例中用到的光源可以是超连续激光器，其如图5所示。这个光源包括脉冲激光源21a，其输出被送入到非线性媒介21b中，例如光子晶体纤维。该脉冲源21a发出非常短的脉冲(例如，毫微微秒(femtosecond)或微微秒(picosecond)的持续时间)的窄带波长，其通过非线性媒介21b被扩展成宽带的辐射束。这种源的类型可提供低etendue的强有力的束和适当的波长范围。
为了检测调节标记的位置，衬底以先前技术中的对准传感器相同的工作方式在对准传感器AS下方被扫描。当执行扫描时，由检测器18所检测的光谱的特定部分显示与衬底相对于物镜15的运动同步的强度振荡。该振荡信号和相伴随的衬底运动的知识被以先前技术中的同样的方式处理，从而决定标记的中心。如在先前技术中一样，该振荡信号具有与目标光栅的间距相关的周期性，因而，具有略微不同的间距的两个光栅可以用来识别中心周期(period)。
目标光栅被光锥(在环状照射情形下是中空的，而在常规照射下是实心的)照射。因为源是空间相干的，由此形成了来自光锥的相对侧的光线之间的干涉，从而形成干涉图案。如果干涉图案相对于光栅的图案具有取决于辐射的波长和光线入射角的恰当的间距，基于光栅和干涉图案的相对运动，将在光瞳平面中产生强度的差拍(beats)。该差拍的周期性取决于在光瞳平面中所检测到的衍射级：如果衍射级n和m被采用，该差拍的间距等于光栅间距除以n和m之差值。
考虑这种情形的另一种方式是，光栅把辐射衍射成各种不同的衍射级0，1，等，这些衍射级将在光瞳平面上部分地重叠。该空间相干的源意味着在重叠的衍射级之间会有干涉。光栅和物镜的相对移动将导致不同级的相位发生改变，并且由于不同级的相位改变也是不同的，振荡强度也将出现变化。在不同级m和n之间的相位差
Figure A200810136697D0015160518QIETU
包含了对准标记的位置信息x，特别是：
Figure A200810136697D00151
(1)
其中p是目标光栅的间距。
在光瞳平面上的位置和基于目标和物镜的相对运动发生的差拍的振幅可能取决于一系列的因素，这些因素包括：照明模式——特别是Φ或Φouter——辐射的波长以及光栅强度(构成光栅的线或轨的深度/高度)。在本发明的实施例中，辐射的波长可以用AOTF和照明模式通过透镜系统12调节，从而差拍信号的强度可以被优化。在一些情形中，例如强光栅，利用环状照明且其Φouter和波长被选择以形成和目标光栅具有相同间距的干涉图案，可以获得最大化的信号。差拍(beat)出现在+1st和-1st级重叠的地方。在另一些情形中，例如弱光栅，差拍在0th和+/-1st级重叠的地方最强，所以优选常规照明来获得强的0th衍射级。
可以理解，差拍只在光瞳平面的局部可以看到。在一些情形中差拍信号的位置可以预先计算出来，从而只有来自CCD的少量像素数据需要记录或处理。在另一些情形中，例如光栅的准确间距未知，则准确位置也不能提前确定。然而，可以在CCD图像的整体上或部分地应用信号处理技术来识别该差拍的位置。通过记录一系列CCD图像和相应的台位置，离线执行测量过程也变得可能，从而生产量不会降低。
在差拍信号具有很低的信噪比的情况下，例如，由于源中的短噪音，没有显示出差拍的参考束或CCD图像的一部分可以被用来归一化(normalize)该信号和降低噪音。
在本发明的实施例中，需要对衬底定位，从而使目标在传感器的焦点之外。这样，条纹图案有可能产生在衍射级重叠的区域，从而不用扫描衬底就可以确定光栅的位置。还有，在目标上的亮点(spot)尺寸也增加了，这提高了线边缘粗糙度平均(averaging overline-edge roughness)。
尽管在本文中具体提到了光刻装置在制造IC中的应用，但是应当理解这里所述的光刻装置可以有其它的应用，例如，集成光学系统、用于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。对于普通技术人员，应该理解的是，在这种替代的应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“芯片”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覆到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在适用的情况下，可以将所述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，例如为制作多层IC，使得这里使用的术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上特别提到了在光学光刻(optical lithography)领域中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其它应用中，例如压印光刻(imprint lithography)，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，构图装置中的表面状况(topography)限定了在衬底上产生的图案。可以将构图装置的表面状况压印到提供给衬底的抗蚀剂层上，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。在抗蚀剂固化后，构图装置从抗蚀剂上移走，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，术语“透镜”可以表示各种类型的光学元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元件。
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施。例如，本发明可以采取包含一个或更多个用于描述上述公开的方法的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(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
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，可以对上述本发明进行修改。

Claims (21)

1、一种对准装置，配置为检测衬底上的对准标记，该装置包括：
配置为发射辐射束的空间相干的辐射源；
物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的该标记上并且收集被该标记衍射的辐射；
传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；以及
控制电路，其设置成检测所检测的角度分解光谱的空间或时间或两者的变化，并且从中获得指示对准标记相对于物镜的位置的信息。
2、如权利要求1所述的对准装置，进一步包括：
定位器，其配置为实现衬底和物镜之间的相对运动，其中控制电路被设置成与衬底和物镜之间的相对运动同步地检测所检测的角度分解光谱的变化。
3、如权利要求1所述的对准装置，进一步包括：
定位器，其被配置为将衬底定位在该物镜的离焦位置上，其中控制电路被设置为检测所检测的角度分解光谱的条纹。
4、如权利要求1所述的对准装置，其中辐射源包括：
宽带辐射源，设置为发射出具有第一波长范围的第一辐射束；和
滤波器装置，设置为选择具有第二波长范围的辐射束作为输出辐射束，该第二波长范围比第一波长范围窄。
5、如权利要求4所述的对准装置，其中该滤波器装置包括：声光可调滤波器，所述声光可调滤波器包括：设置为接收第一辐射束的声光晶体；连接到该声光可调滤波器并设置为在所述声光可调滤波器中激发声波的换能器；以及束选择装置，其设置为选择由声光晶体响应于第一辐射束和声波而输出的作为具有第二波长范围的第二辐射束的多个辐射束之一作为输出束，其中第二波长范围窄于第一波长范围。
6、如权利要求4所述的对准装置，其中滤波器装置包括衍射光栅。
7、如权利要求4所述的对准装置，其中滤波器装置包括一组可交换的干涉滤波器。
8、如权利要求4所述的对准装置，其中该宽带辐射源是选自于由超连续激光器、激光二极管以及超发光二极管构成的组。
9、如权利要求1所述的对准装置，其中传感器选自于由CCD相机和CMOS传感器构成的组。
10、如权利要求1所述的对准装置，其中辐射源包括配置为提供标记的环状照射的光束调整光学系统。
11、如权利要求10所述的对准装置，其中该物镜具有足以捕获来自标记的+1和-1衍射级的至少一部分的数值孔径。
12、如权利要求11所述的对准装置，其中该控制电路配置为用来检测在所检测的角度分解光谱的一部分中的振荡，其中在所述部分中+1st和-1st衍射级重叠。
13、如权利要求1所述的对准装置，其中该控制电路被配置为用来检测在所检测的角度分解光谱的至少一部分中的振荡，其中在所述至少一部分中0th衍射级与+1st和-1st衍射级至少之一重叠。
14、如权利要求1所述的对准装置，其中该辐射源包括配置为以所需的照射模式照射衬底的可调光束调整光学系统。
15、一种光刻装置，包括：
照明系统，布置为照射图案；
衬底台，配置为保持衬底；
投影系统，设置为在衬底上投影所述图案的像；
对准系统，配置为检测衬底上的对准标记，该装置包括：
配置为发射辐射束的空间相干光源；
物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的对准标记上，并收集被该标记衍射的辐射；
传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；和
控制电路，其配置成检测所检测的角度分解光谱的空间或时间或两者的变化；以及
定位系统，其响应于通过对准系统对该对准标记的检测；并且该定位系统被配置为在该投影系统的像场中定位该衬底。
16、如权利要求15所述的装置，包括曝光站和测量站，该衬底台在曝光站和测量站之间移动，以及对准装置位于测量站处。
17、一种配置为测量衬底特性的计量装置，该计量装置包括：
传感器系统，设置为测量在衬底上的已知位置的目标区域的特性；
对准系统，配置为检测衬底上的对准标记，该装置包括：
配置为发射辐射束的空间相干光源；
物镜，其配置为把该辐射束引导到衬底上的对准标记上，并收集被该标记衍射的辐射；
传感器，其配置为检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；和
控制电路，其配置成检测所检测的角度分解光谱的空间或时间或两者的变化；以及
定位系统，其响应于通过对准系统对该对准标记的检测；并且该定位系统被配置为在该传感器系统的视场中定位该衬底。
18、一种检测衬底上的标记的位置的方法，该方法包括步骤：
用空间相干的辐射束照射标记；
用物镜收集被该标记衍射的辐射；
检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；
将衬底和物镜相对移动；以及
检测在角度分解光谱中的振荡信号。
19、如权利要求18所述的方法，其中照射标记的步骤包括向该标记提供环状照射，以及检测振荡信号的步骤包括检测在所述光谱的一部分中的振荡，其中在所述部分中来自该标记的+1st和-1st衍射级重叠。
20、如权利要求18所述的对准装置，其中照射标记的步骤包括向该标记提供全光瞳照射，以及检测振荡信号的步骤包括检测在所述光谱的至少一部分中的振荡，其中在所述至少一部分中来自该标记的0th衍射级与+1st和-1st衍射级中的至少之一重叠。
21、一种采用具有投影系统的光刻装置的器件制造方法，该方法包括步骤：
检测衬底上对准标记的位置，该检测步骤包括：
用空间相干的辐射束照射该标记；
用物镜收集被该标记衍射的辐射；
检测在物镜的光瞳平面中的角度分解光谱；
将衬底和物镜相对移动；以及
检测在角度分解光谱中的振荡信号；以及
参考已检测的标记的位置相对于该投影系统定位该衬底；以及
利用投影系统将图案的像投射到衬底上。
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