CN102043348A - 光刻设备、器件制造方法及施加图案至衬底的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光刻设备、器件制造方法及施加图案至衬底的方法。所述光刻设备包括用于接收从对准标记投影到掩模板上的辐射的至少一个图案对准传感器。处理器处理来自传感器的信号，以求解投影对准标记中的空间信息，用以建立用于测量衬底支撑件和图案化位置之间的位置关系的参考。传感器的例子包括光电/光子探测器的线阵列。单个阵列可以求解在传感器的平面中和在垂直方向上的空间信息。在保持衬底支撑件静止的同时，执行建立参考位置的至少最终步骤。避免了由现有技术的传感器的机械扫描引起的误差和延迟。可替代地，传感器相对于衬底支撑件移动，独立于主定位系统，用于机械扫描。

Description

光刻设备、器件制造方法及施加图案至衬底的方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备和一种制造器件的方法。本发明还涉及一种将来自图案形成装置的图案施加到衬底上的方法，并涉及一种用于控制光刻设备以实施这样的方法的步骤的计算机程序产品。本发明尤其关于用于精确地相对于图案形成装置上的对准标记的投影图像来对准衬底台的过程和设备。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常应用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的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。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，单个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同步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到所述衬底上，而将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。

无论采用何种类型的设备，图案在衬底上的精确放置都是用于减小电路部件和可以由光刻术制造的其它产品的尺寸的一个主要挑战。尤其是，精确地测量在已经被安放的衬底上的特征的挑战是能够在重叠中足够精确地定位连续的特征层、从而以高产率制造工作器件的关键步骤。在当今的亚微米半导体器件中，所谓重叠必须在几十纳米内实现，在大多数临界层中减小至几纳米。

因此，现代光刻设备涉及在实际曝光或另外地在目标位置图案化衬底的步骤之前的多方面的测量操作。这些操作是耗费时间的，限制了光刻设备的生产量，且因此增加了半导体或其它产品的单位成本。在现有技术中已经采取各种步骤来减缓这些延迟。例如，一种布置提供了双晶片台，使得可以将两个晶片同时装载到机器中。在第一晶片在曝光站中进行曝光的同时，第二晶片进行测量过程，以建立精确的“晶片栅格”和高度分布图。设计所述设备，使得可以在不会使得所述测量结果无效的情况下交换台，从而减小了每一晶片的总循环时间。也可以采用并行地处理测量和曝光步骤的其它技术。

典型地用作用于解释许多其它测量的基准(datum)的一种测量任务是图像对准测量，通过所述图像对准测量可以由直接地或间接地耦合至衬底支撑件的传感器来获取由图案形成装置自身投影的图案。这些传感器与在三维上测量衬底台的相对位置移动的传感器一起提供基准水平位置，通过该基准水平位置可以将其它测量用于精确地在X和Y方向上以及还在Z(聚焦)方向上放置衬底的期望部分。这些基准水平位置的精度和可重复性，不论是单独地或是在多个测量的统计组合中，是图案化位置和聚焦的总的精度的限制因素。

已知的图像对准传感器包括相对于衬底台固定的(对于图像对准测量的持续时间至少是固定的)传感器。衬底台的定位子系统用于移动台，以便通过被投影的辐射场在X、Y和Z方向上扫描传感器。通过以X、Y和Z的各种值来解释传感器信号的测量强度，根据定位子系统的适合的坐标系统，导出投影图像的实际位置。

在寻求增加这样的系统的精度时，遇到了各种障碍。首先，用于图像对准的扫描运动不可避免地导致振动，因此导致图像对准结果的不准确。通过减小扫描速度来减小振动将使测量延迟，且可能影响整个生产率(生产量)。此外，晶片台的定位子系统对于图像对准扫描操作是非优化的，而对于曝光操作是优化的。在图像对准扫描期间的产生的定位不准确可能导致被投影的图像的不均匀的采样。

虽然这些误差已经在当前这代产品的容许度内，但是随着制造商向达到越来越高的位置精度水平的目标而努力，任何误差源都将变得显著。测量速度也是提高生产量的一个关键，同时设备的成本也是一个因素。

发明内容

因此，期望减轻光刻设备中的另外的测量开销和/或测量和定位误差。尤其期望的是提高投影图像测量的性能和/或速度。

根据本发明的一个方面，提供了一种光刻设备，所述光刻设备被布置以将图案从图案形成装置投影到衬底上，所述设备包括：

图案化子系统，用于接收所述图案形成装置和将所述图案投影到保持在图案化位置处的衬底；

衬底支撑件，用于在施加所述图案的同时，保持所述衬底；

至少一个定位子系统，用于彼此相对地移动所述衬底支撑件、所述图案化子系统和所述图案形成装置，使得所述图案在所述衬底上的精确地已知的位置处被施加；和

测量子系统，用于测量所述衬底相对于所述图案化位置的位置，和用于将所述测量结果供给至所述定位子系统，

其中，所述测量子系统包括用于接收从对准标记投影的辐射的至少一个传感器，所述传感器和对准标记被设置成其中一个与所述图案形成装置关联而另一个与所述衬底支撑件关联；和处理器，所述处理器用于接收和处理来自所述传感器的信号，以求解所述投影对准标记中的空间信息，用于建立用于测量在所述衬底支撑件和所述图案化位置之间的位置关系的参考，其中所述传感器和所述处理器能够在保持所述衬底支撑件和图案形成装置彼此静止的同时，操作用于执行建立所述参考位置的至少最终步骤。

一种用于实施根据本发明的这一方面的所述设备的可选方案是，提供分离的致动器，用于相对于衬底支撑件或图案形成装置移动所述传感器。

根据其它的实施例，所述传感器包括：光电/光子探测器元件的阵列和信号处理器，所述光电/光子探测器元件的阵列在至少一个维度上分离，所述信号处理器用于通过组合用于表示在投影对准标记落到阵列上时由阵列的独立的元件所测量的辐射强度的信号，以在至少一个维度上精确地计算所述参考位置。

根据一些实施例，所述处理器被布置以根据来自对准标记的分别不同的光程在不同的元件之间进行区别，从而计算在平行于投影系统的光轴的维度(Z)上的参考位置。在光学光刻术的情形中，通过使用与投影设置在图案形成装置上的产品图案相同的投影系统和照射，可以将对准标记投影到传感器(S)。这一方法，虽然严格地讲是可选的，但是是便利的且使得测量计算准确和简化，而其它实施方式是可行的。

在压印光刻术的情形中，产品图案被更加直接地施加，且未被光学地投影。不过仍然可以在图案形成装置或其支撑结构和衬底或其支撑结构之间设置对准标记的光学投影。在原理上，被应用至压印光刻术的本发明的实施例可能涉及图案形成装置上的传感器和从衬底支撑件或相关的元件投影至传感器的标记。

虽然对准标记和传感器之间的直接投影在下述的实施例中被显示和描述，但是设想了修改，在该修改的实施例中，由于一些原因，对准标记的投影在衬底支撑件和图案形成装置或其支撑件中的一个或另一个处被反射，且传感器和对准标记都位于投影光学系统的同一侧。

根据本发明的另一方面，提供了一种包括将图案从图案形成装置投影到衬底上的过程的器件制造方法，所述方法包括：

提供图案化子系统，用于接收所述图案形成装置和施加所述图案至保持在图案化位置处的所述衬底的一部分；

将所述衬底保持在衬底支撑件上；

测量所述衬底相对于所述图案化位置的位置；

在使用所述测量步骤的结果的同时，操作所述图案化子系统，从而以移动的次序彼此相对地定位所述衬底支撑件、所述图案化子系统和所述图案形成装置，使得所述图案被施加到所述衬底的多个期望的部分处；和

根据所述施加的图案来处理所述衬底，以形成产品特征，

其中所述测量步骤包括以下预备步骤：(i)使用传感器接收从对准标记投影的辐射，和(ii)处理来自所述传感器的信号，以求解在所述投影对准标记上的空间信息，用于在所述至少一个维度上建立用于测量在所述衬底支撑件和所述图案化位置之间的位置关系的参考，其中所述传感器和所述测量子系统被设置成在所述衬底支撑件和图案形成装置彼此保持静止的同时，执行建立所述参考位置的至少最终的步骤。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括用于控制光刻设备的一个或更多的机器可读指令的序列，所述指令适于控制如在上文的本发明的任何方面中所述的方法的测量和定位步骤。

本领域技术人员将通过下文讨论的示例性实施例的思考，理解本发明的这些和其它特征以及优点。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件，且其中：

图1描述根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2是图1的设备中的衬底台和衬底的平面示意图，显示用在本发明的一个实施例中的对准标记和传感器；

图3A至图3C显示使用图2的衬底台的已知的对准过程中的步骤；

图4显示在图3C中显示的步骤中的图像对准传感器的操作原理；

图5显示根据本发明的一个实施例使用的图案形成装置上的新的图像对准标记的布置和结构；

图6显示根据本发明的各种实施例的具有新的图像对准传感器的修改后的设备；

图7显示根据本发明的第一实施例的图像对准传感器的操作原理；

图8、9和10显示根据本发明的第二实施例的图像对准传感器的各种形式和操作原理；

图11和12显示包含Z方向测量的图8-10的实施例的修改；

图13显示包含Z方向测量的传感器的第二例子；

图14显示在本发明的实施例中使用的传感器结构的两种变形；

图15显示一种可替代的实施例，其中通过修改的图案形成装置而不是修改的传感器来实施Z方向测量；

图16显示根据本发明的第三实施例的图像对准标记和图像对准传感器的结构和原理；

图17显示对于一个传感器块中的不同的轴的传感器的设置；

图18显示组合的多轴传感器；和

图19显示用于实施图4-16的测量和曝光过程的计算机系统硬件。

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)辐射或极紫外(EUV)辐射)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，构造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，构造用于保持衬底(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；和

-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。

所述支撑结构MT支撑图案形成装置，即承载图案形成装置的重量。支撑结构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。所述支撑结构MT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。所述支撑结构MT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MT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“掩模板”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的所需图案完全相符(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。

这里使用的术语“投影系统”应该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，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(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)。

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。此处公开的发明可应用在单台设备和多台设备中。

光刻设备还可以是至少一部分衬底可以被折射率相对高的液体(例如水)覆盖、以便填充投影系统和衬底之间的空间的类型。浸没液体还可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如在掩模和投影系统之间。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域中是公知的。如在此处所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而是仅仅意味着在曝光期间液体位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SO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，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，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。在其它情况下，所述源SO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、以及如果需要时设置的所述束传递系统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。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统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IF(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(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模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(这些公知为划线对齐标记)中。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中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将掩模台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，在对掩模台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动态曝光中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.在另一种模式中，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，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示意性地示出了在图1的光刻设备中示出的衬底台WT的布置，其中衬底台WT设置有根据本发明的一个实施例的图像传感器。在衬底台WT中，设置了两个图像传感器IAS1和IAS2。所述图像传感器可以用于通过穿过标记的“空间图像”来扫描图像传感器IAS1和IAS2，以确定图案(例如物体标记)在掩模MA上的空间图像的位置，如下文所述。对准标记P1至P4也分布在衬底本身上。

术语“空间图像”在这种情形中用于表示图案化的辐射场，一旦衬底或其它的目标存在，所述图案化的辐射场将形成实像。所述辐射场的特征根据投影系统的图案和分辨能力在X和Y方向上具有位置和范围，且根据投影系统的聚焦位置和焦深具有高度和垂直范围。整个过程的目的是在抗蚀剂层的器件图案或其它目标的曝光期间精确地在X、Y和Z方向上定位器件图案的空间图像。

图3A至3C示出在使用图像对准传感器IAS1、IAS2的对准过程中的步骤。除了与图1和图2中标记基本上相同的部件之外，对准传感器300被设置以在衬底W和/或衬底台WT的方向上引导对准辐射束302。在图3A显示的操作阶段，传感器300探测被反射时的辐射束302的性质，用于探测传感器300与衬底上的图案(诸如P1-P4)的对准。如图3B所示，由传感器IF(图1中显示的)精确测量的衬底台WT的移动可以使得辐射束302的对准也针对在衬底台上的对准标记304进行。标记304相对于图像传感器IAS1、IAS2等精确设置，例如该标记304是与容纳传感器的块相同的块上的标记。另外地，如图3C所示，衬底台WT可以被移动使得图像传感器IAS1、IAS2等到达到空间图像310的位置上，所述空间图像310是经过投影系统PS的标记(诸如掩模MA上的标记M1)的投影。随着空间图像310在衬底台WT的平移移动期间被传感器IAS1、IAS2接收，电子系统312探测该空间图像310的性质，从而以全部的自由度的方式对精确位置进行定位，在该精确位置处，掩模对准标记M1在优化的对准(X-Y)和优化的焦距(Z)的情况下投影到传感器IAS1上。

通过图像传感器IAS1和IAS2的方式，当它们在衬底台上的位置完全已知时，可以确定掩模MA上的图案的空间图像相对于衬底台WT的相对位置。衬底台WT可以设置有包括衬底标记的衬底W，例如如图2中示出的衬底标记P1、P2、P3、P4。对准传感器302与位置传感器IF协同操作，可以获得衬底标记P1、P2、P3、P4的相对位置。可以通过图3A和3B中示出的对准传感器步骤来获得衬底标记P1、P2、P3、P4的相对位置的知识。可以用图像传感器IAS1、IAS2(图3C)在预备步骤中获得的信息推断出掩模MA上的物体标记的图像相对于晶片台WT的相对位置。这些数据允许以大的精确度将衬底W设置在相对于掩模MA的投影图像的任何期望的位置上。

必须理解，除了两个图像传感器IAS1和IAS2之外，可以设置更多或更少的图像传感器，例如一个或三个。这些传感器和相关的电子装置的形式对本领域技术人员来说是已知的，且将不再详细地描述。对准机构的可替代的形式是可行的，且在本发明的范围内是有用的。倘若可以确定它们的相对位置，图像对准传感器IAS1、IAS2可以被安装在与承载衬底的台WT分离的支撑件上。

图4示出了在上述的已知设备中的图像对准传感器IAS1和IAS2的操作原理。在已知的设备中，掩模对准标记M1包括在照射图案中的成组的亮线，其中的一些亮线在X方向上延伸，并且由此产生Y位置信息，另外的亮线在Y方向上延伸且产生X位置信息。在下述的例子中，将仅描述在这些方向中的一个方向上的测量的细节，应当理解可以同样地测量其它方向。在一个单元中可以组合X和Y两个方向的传感器，在原理上可以组合所述标记。成45度的成组的标记可以被设想，以获取混合的X和Y信号。

然而，为了简便起见，期望将并排地处理X和Y方向，或者是顺序地或者是并行地。还应当理解，实际的实施例将涉及下述处理步骤：(i)使得传感器处于投影标记的大体位置，(ii)执行一个或更多的粗对准测量，和(iii)最终地获得了精细测量。可以在这些不同阶段使用传感器和/或标记的不同步骤和过程、和/或不同的部分。为了便于示出，图4实际上示出了在已知的设备中的粗对准步骤(ii)，而参考图5描述的本发明的实施例进一步尤其涉及精细测量步骤，在此情况下，精度问题实际上是最尖锐的。

图4中的AIM总体上示出了在名义Z位置的两侧上具有焦深DOF的空间中的点处聚焦的三条亮线的“空间图像”(Z方向为图中的垂直方向)。如所描述的，图中的水平轴线可以认为是X或Y。在下文将使用符号X/Y。在横截面图中由三个椭圆来表示所述亮线，且具有已知的间距。图像对准传感器400包括容纳在主体404(块或腔)中的光电/光子探测器402，来自图案化辐射束的辐射可以通过孔阑406进入到主体404中。在这一特定例子中，孔阑406的数量为3个，且它们被间隔开，以与掩模对准标记的空间图像中的三条亮线的间距相对应。孔阑可以被例如通过不透明材料的沉积(例如铬金属层408)来定义。在已知的传感器中，单个光电二极管402可以接收和有效地整合通过所有三个孔阑和沿着在Y或X方向上在图中延伸的线长度所接收到的辐射。

孔阑的垂直(Z)位置和空间图像AIM的Z位置间隔开距离EZ，其表示在Z方向上的“误差”。类似地，通过中心亮线的中心的平面412与通过孔阑406的中间的一个的中心的平面414间隔X/Y方向误差EX/EY。可以理解，进入主体404的光，以及因此由光电/光子探测器402输出的光强度将在空间图像的三条亮线最大程度地与传感器400中的孔阑406对准且聚焦到其上时，即当EZ和EX/EY都是零时，处于最大值。在图的右手侧处，示意性地示出了扫描路径420，所述扫描路径420在X/Y方向上水平地延伸，且也在Z方向上延伸多个行程(pass)。所述行程被标记为Z0、Z1、Z2等，且通过移动衬底台WT来完成，传感器400被固定地安装在衬底台WT上或它被固定地耦合至其上。

图4下部的图线为由光电/光子探测器402测量的强度随时间变化的图。对应于扫描Z0-Z4的时间周期被沿着底部轴线标记。在这些行程中的每一个中，可以看到三个独立的强度峰，在中心最强峰的两侧上有两个较弱的峰。在每一行程中，当亮线中的一个或(在这种情形中)两个与传感器400中的孔阑406中的两个对准时，较弱的峰出现。这样的情形大致对应于在图4的左上部示出的偏置情形。每一行程中的最强的中心峰对应于EX/EY＝0的位置，在该位置处，三个亮线与三个孔阑对准，允许最大量的辐射入射到光电/光子探测器402上。在不同的行程之间，可以看到对应于行程Z2的强度峰是最高的。因此，通过简单的信号处理，由图轴线上的斑点表示的位置和深度值Z2可以被识别为在X/Y和Z(聚焦)两个方向上具有优化的对准的位置。通过跨过不同的Z值绘制最高的峰的曲线，原理上可以推导出所述扫描之间的所提炼的Z位置。

通过将这一最高中心峰的位置与从驱动衬底台WT的定位子系统接收的移动信号相互关联，可以建立基准，通过所述基准，在原理上可以获得衬底台和衬底W相对于图案形成装置的空间图像的任何位置。

当然，可以仅与许多其它的测量结合来使用该基准，以获得在衬底上形成图案所需的精度。另一方面，基准位置的任何不准确将破坏整个过程的精度。在实际系统中，在图4的图表中示出的过程之后，将采用另外的精细的扫描过程来精确地识别在X/Y和Z上的位置，以满足衬底的器件图案的曝光所需要的精度。如在引述中所提及的，包括定位子系统PW的电机和伺服控制器对于这一类型的扫描来说未被优化，而对于之后的曝光过程是优化的。因此，可能在精细扫描过程中产生误差，所述误差不能被消除且可能限制用于随后测量的基准的精度。图像对准扫描过程花费时间，且这与生产量要求相矛盾。

在此处提出了许多方案，以解决这些误差源和延迟源。可以被考虑的一种类型的方案是通过自身独立于衬底台WT的致动器和/或伺服系统来实现对图像对准传感器的扫描。相应地，可以设想传感器400等被安装在沿X/Y和/或Z方向被驱动的子台上，例如音圈或压电电机，而不是将传感器400等固定地安装至衬底台。光电/光子探测器402可以保持静止，同时仅从一侧至一侧地和/或垂直地移动具有孔阑406的不透明层408。还可以设想这样的方案的组合。

这样的方案的一些缺点包括电机、位置编码器和需要的伺服电子装置的额外的重量以及它们固有的复杂性和成本。因此，在下文描述的本发明的实施例中，采用替代的方案，其中图像对准传感器包括光电/光子探测器和孔阑，所述光电/光子探测器和孔阑相对于衬底台WT是完全静止的，而在X/Y和/或Z方向上被细分，以完全消除(至少在精细测量状态中)对扫描移动的需要。传感器可以描述成“自扫描”，尽管实际上扫描不是它们的操作的一部分，至少在机械意义上。

静态的图像对准传感器

图5示出了图案形成装置(掩模版)MA，为了举例的原因其在器件图案区域502外面具有设置在其四个角上的掩模对准标记M1-M4。标记M2的放大视图(高度示意地)被标记为500。这一标记包括一些在X方向上和一些在Y方向上延伸的多个亮线特征。这些被分别标记为MIY和MIX，以表明与Y轴线对准的所述线MIX提供X位置信息。虽然仅示出了单个线，但是，如在下文更进一步地说明的，可以设想包括线和/或光栅的各种形式的标记。

图6示出了修改后的设备，其被示出为仅是对图1-3C中示出的设备的简单修改。所述修改包括(图5中显示的类型的)修改的掩模对准标记500和替代传感器IAS1/IAS2/400的修改的图像对准传感器504，如上文所述。传感器504仍被静态地安装在衬底台WT上，且相对于衬底W自身上的标记P1等的位置是精确已知的和/或是可测量的。修改后的信号处理电路506以及至另外的数字信号处理器或计算机600的其连接一起被示出，具有相关的储存器602和其它连接。在局部信号处理电路506和计算机600之间的任务的分配是关于性能和成本要求以及在移动的台WT上的重量、质量和热负载的问题的设计选择问题。

第一实施例

图7示出了第一实施例中的这一新设备的操作的原理。传感器700关于X/Y方向设置，其具有的不是单个的光电/光子探测器，而是光电/光子探测器元件702的阵列。这些可以被以与已知的线阵列或方形阵列类型的照相机传感器相同的方式集成在衬底704上。在典型的实施例中，诸如颜色灵敏度等问题不需要优先考虑，而诸如产生热(功率耗散)的问题在这一应用中比在消费者的照相机装置中更加突出。光电二极管对在照射和投影系统中使用的辐射的波长敏感。读出电路706还可以被集成到衬底704上，用于将来自探测器元件702的阵列的独立的强度读数发送至信号处理器708。根据需要，处理器708示意性地包括台上处理电路506和计算机600。在第一实施例中，处理器708输出作为当前的Z位置的函数的X/Y误差EX/EY的读数。关于后面的实施例，将描述Z分辨率如何被包含在静态的传感器中，且这些技术也可以被应用在这一实施例中。可替代地，可以在Z方向上以与现有技术相同的方式执行扫描移动，而传感器仅在X/Y方向上保持静态。

光电二极管可以直接暴露至环境，或可以出于光学目的和/或物理保护而被层覆盖。孔阑栅格可以被设置以更精确地限定光电敏感区域的范围，和/或降低元件之间的串扰。

在该第一示例中，假定掩模对准标记710以规则的光栅为特征，从而在投影系统PS的焦平面中产生基本上正弦的条纹图案。空间图像AIM的强度分布示意性地由712表示。当光电/光子探测器元件702不移动时，因为它们的有效孔阑在X/Y方向上被独立地间隔开，所以每个光电/光子探测器元件702固有地响应于强度轮廓712的不同的部分。在图的右下处的图表中，垂直轴线表示了对应于系数i的在每一光电/光子探测器处测量的强度I(i)。根据在图表中被绘制成小方块的样本值，且知道强度轮廓是正弦，可以精确地将测量的样本拟合成曲线714，图案相对于传感器700的光电二极管阵列的精确位置可以通过处理器708计算出和输出。可以理解，因为条纹图案是周期性的，所以可以报告其它位置(alias position)。这可以通过现有技术中的传感器700的具有足够精度的粗定位来解决。如果探测器阵列大于投影光栅，那么可替代的措施可能包括端点探测；可替代地，有限的光栅具有与正弦强度图案卷积的包络函数，其可以用于粗位置测量。

如已经描述的，图7中示出的简单的例子仅适合于用于测量在单个Z位置处的X/Y位置。通过扫描或诸如将在下文描述的其它方式，可以绘制多个正弦曲线，例如标记为716的以点线显示的曲线。通过对在不同的Z值处的测量样本值拟合曲线，不论机械地扫描或以其它方式，可以识别曲线的最大振幅，所述最大振幅依次示出EZ＝0的位置。不必说，如果在传感器700(或在任何其它的实施例中的传感器)的有效孔阑平面与衬底台WT和/或衬底W上的其它特征之间具有偏移量，那么它们可以被测量且作为偏移量被添加至所述基准，用于以已知的关系精确地定位所有部件。

应当注意，如果独立的像素探测器702的间距远小于当前的光栅和图像对准传感器的间距，则图7的传感器700将仅产生比已知的传感器更高的分辨率。因此，在图7的实施例变得比将描述的其它实施例有吸引力之前，可能需要图像传感器技术的改进。除了加热和功率耗散之外，与在已知的系统中使用的更大的探测器402相比将被考虑的另外问题是小的光电二极管的不可避免的低信噪比(SNR)。可以通过重复测量和整合结果来解决这些问题，尽管这可能影响测量时间和生产量。

第二实施例

图8基于以离散的亮线802的形式而不是周期性光栅的形式产生空间图像AIM的标记，示出了第二实施例的新传感器的形式和功能原理。亮线在这一例子中示出为平行于Y方向延伸，用于获得X位置信息。如图7所示，新传感器800包括静态块(典型地是半导体衬底)，在其上放置或形成独立的光电/光子探测器元件804的线阵列。读出电路806和处理电路808被设置，以获得用于当前的Z值的EX/EY测量。可以看到，探测器元件804的阵列被以相对于亮线(Y)轴线的小角度α对准，而不是横向于X方向排布。因此，元件804的线在沿X方向的特定范围上有效地以非常密的间距分布，而沿着Y方向在相对较大的范围上展开，其在亮线802的情形中不包括位置信息。这样，可以用更大、更加实际且更小噪声的探测器元件804获得在X方向上非常精细的采样节距。

图8(a)中的上图表通过黑色方块示出了可由阵列接收的强度的样本值。在这一例子中，如标记为812示出的，对单个峰进行识别和拟合，而不是将测量的样本拟合成周期性的正弦曲线。处理器808潜在地以子像素的精度识别这一曲线的峰，以输出针对Z的当前值的值EX。如在下面的图表显示的，通过扫描或者是通过其它方式，可以对于不同的Z值获得多个曲线，值最大的曲线814被选择以输出在随后的测量和最终的曝光过程中用作基准水平的EX和EZ值。在亮线与线802成直角的情况下，类似地由另一传感器(未显示)和另一标记来获得EY。注意到，如果亮线被定位在元件804的范围内的传感器800的上方，则不需要扫描移动，而不引起振动或位置伺服误差，因此图像对准测量结果的精度仅由传感器和处理器的性质和其固定在衬底台WT上的稳定性所限制。

应当理解，实际实施例可以使用提供多个亮线802的掩模对准标记。另外，这一实施例的目的在于，这些线可以非常清楚地彼此分离开，而不是以光栅的方式相互干涉。多个传感器800可以设置有分离的衬底，或探测器元件804的间隔开的线可以跨过单个衬底进行设置。多个线的设置可以改善捕获范围(提高了粗测量速度)和/或来自元件804的多个阵列的结果的统计组合可以用于改善最终结果中的噪声抑制和精度。本领域技术人员将容易理解和应用实施方式的这些细节，且此处将不对该实施例或另外的实施例进行具体地描述和阐示。如已经描述的，对于Y方向上的测量(EY)重复同样的布置。

图8(b)和(c)分别显示出在纵向(Y)方向和横向(X)方向上的传感器800的示意横截面细节。应当注意，与平面视图中示出的整个阵列相比，图8(b)仅示出少量的元件804和孔阑。另外，虽然标出了X轴线，但是阵列必然被根据角度α与偏置轴线对准，且它是这一偏置角度，该偏置角度使得空间图像802碰到一些孔阑和探测器上而不会碰到其它部件。因此，在这一图中和下述的类似图中，标号“X”和“Y”应当被宽泛地解释成表示方向X或Y加或减α，除非另外地进行了说明。

首先参考图8(b)，以椭圆虚线显示了亮线802的空间图像AIM的视图。独立的探测器元件804被定位在衬底主体820的底部，每个探测器元件804位于各个孔阑822下方，形成在铬或类似的不透明层824中。进入一个孔阑822的辐射和由在邻近的孔阑下方的元件804接收的辐射之间的串扰应当被最小化。这可以通过将元件804有效地表示成孔阑自身、通过以比所显示的近得多的方式将它们定位在它们的孔阑后面、和/或通过在元件之间设置不透明的和/或吸收材料的实体屏障来实现。这些措施未被示出，但是都处于本领域技术人员的能力范围内，可以根据他们的便利、成本和相对性能来进行选择。

图8(c)显示如何在将最大化对入射辐射的灵敏度而不劣化测量的精度的情况下，在一个方向(X/Y)上相对于另一方向(Y/X)使每一探测器元件804和孔阑822加宽。例如，如果孔阑822在X方向上比亮线轮廓802的最亮峰窄很多，那么由于对入射辐射的不良利用将导致丧失精度。另一方面，如果孔阑822比亮线802的辐射轮廓中的强度峰宽，那么因为在辐射利用中没有增益、SNR等而将丧失空间分辨率。

图9以类似于图8的形式显示出传感器800的修改形式，其中传感器块或衬底830与Y轴线精确对准(潜在地为了便于制造)，而元件和/或孔阑804/822的阵列以角度α倾斜地在主体830上分布。信号处理和如图(9)中的图表显示的所获得的信号与图8实施例中的相同，且将不再更详细地描述。可以看到一些区别在于参考图9(b)，我们再次看到光电/光子探测器元件804尽管在纵向方向(Y)上被细分和变小，但是对于X方向上的最大光利用来说是宽的。在图9(c)显示的例子中，主体830承载了探测器元件的阵列，所述探测器元件都被均匀地放置且具有沿着传感器的长度方向的均匀的宽度。仅在不透明层824中的孔阑822被印刷/蚀刻，以便渐进地步进至不同的X位置。孔阑822的大致中心的一个在这一横截面中被示出，将锥形的辐射832投射到元件804的中心的一个的中心部分上。较靠近阵列的开始端的元件例如将接收来自处于偏置位置处的孔阑(在这一横截面中未示出)的锥形的辐射834，在前进至阵列的另一端时对于另一侧来说是类似的。可以理解，应当注意确保来自阵列的尽头处的孔阑的信号不被落在元件804的末端外面的辐射的损失削弱。可替代地，对信号读出可以采用修正轮廓，且通过处理器800对其进行处理，以补偿任何这样的下降。

图10示出了类似于图9的另外的修改。在此处，使用了同一形式的块830和同样的处理。仅有的区别在于设置了单个孔阑条带822，其贯穿探测器元件804的阵列的长度。在沿着阵列的每一点处，孔阑壁将具有如标记为834的示意性地显示的倾斜的部分。再次，包含孔阑的不透明层824和探测器元件804之间的接近程度在实际中将比被显示的尺度靠近得多，使得元件之间的串扰被最小化。在这一情形中的术语“垂直的”并不用于表达严格的意义，而是用于表示垂直于衬底平面的方向，该方向通常是光刻系统中的聚焦方向。

Z误差的静态测量

虽然至此描述的例子已经实现了相对于X和/或Y方向的位置测量，但是现在将描述一些修改的实施例，其允许单个静态的传感器被用于投影的空间图像AIM的垂直(Z)对准的测量，而没有机械扫描。虽然在第二实施例的情形中描述了这些修改，但是它们可以适合于且同样地应用于第一实施例和第三实施例(在下文描述的)。

图11基于图8的实施例的简单的修改显示出Z误差的该静态测量的原理。传感器900包括承载光电/光子探测元件904的阵列和读出电路906的主体920。主体920被以相对于Y轴线的偏置角度α安装(在X测量的情形中)，Y轴线平行于由掩模对准标记投影的亮线902。

修改的信号处理器908接收来自读出电路906的独立的像素数据，且处理所述数据以不仅产生EX值而且产生EZ值。为此目的，如在插图细节中显示的，像素(光电/光子探测器元件904)被分派给成固定次序的(或成已知的随机的次序的)不同的深度值Z1、Z2、Z3。实现每一像素不同的深度值的方式是可以以多种方式实现的，如在下文进一步地描述的。设置的不同的深度值的数量可以大于或小于三个。目前，应当完全理解，处理器908并不是对从光电/光子探测元件904接收的样本值拟合单个强度曲线，而是使用了每一像素和深度值Z1、Z2、Z3之间的关联，以将它们作为三个分离的数据组来处理，用三角形、空心矩形和黑色矩形来进行符号化表示，如在图11的底部的图表中所绘制的。

将三个样本组中的每一组拟合成期望形状的曲线揭示了标记为912-1，912-2和912-3的三个强度/样本位置轮廓。如所显示的，这些曲线分别对应于Z1、Z2、Z3深度值。因为曲线912-3的峰强度是最高的，所以可以输出对应于Z3的值EZ，以及对应于拟合曲线的峰值的X位置的值X。假如曲线形状是已知的且对于多个样本进行拟合，那么可以获得子像素分辨率。应当理解，仅在Z方向上的三个值Z1、Z2和Z3之间提供分辨率时，X方向上的分辨率在每一数据组中至少已经被除以3。说到此，基于空间图像902中的强度分布未被倾斜但关于垂直于X轴线的平面对称的假设，来自较弱的曲线912-1和912-2的X信息可以与来自最强的曲线912-3的X信息组合，以提高X位置的精度。此外，虽然未对于Z方向进行绘制，但是也可以在峰的高度之间拟合曲线，也可以在Z维度上获得比台阶Z1、Z2、Z3更精细的分辨率。

注意到，最高峰对应于Z3，其是可获得的Z值的极值，而不是中间的一个值，应当理解如果从峰值的两侧获得样本，那么将获得Z值上的更好的确定性。在实际的实施例中，可以具有多于三个水平的Z。无论如何，显示的测量可以用作粗结果，衬底台WT和传感器900可以被移动至略微不同的水平，且被固定在那里，同时执行测量，在所述测量中，峰912-2(对于深度Z2)是三个水平中最高的。再次，因为所述方法在测量期间(至少在精细结果阶段)不涉及机械扫描，所以提高了精度。还可以提高速度。

图12显示出用于获得不同的Z值的并行测量的一种技术，而不移动传感器900。如在之前的图中，图12(a)显示出传感器的一部分的纵向横截面，而图12(b)显示出横向的横截面。如前所述，设置了一些形式的主体920，其容纳了在不透明层924中的孔阑922下方的独立的光电/光子探测器元件904。以不同的Z值有效地设置每一像素的修改是通过插入具有与环境折射率不同的另一折射率的不同厚度材料来改变邻近的孔阑和基准线940之间的光程。在折射率是n的情况下，经过真实距离dz的光程是n乘以dz。当然，不得不相对于使用的实际辐射波长和可以被设置用于替代空气或真空的任何浸没介质(水)的折射率，来计算光程和折射率。

在图12(a)中并排地显示出不同的台阶高度，而图12(b)显示出在对应于水平Z2的高度处的通过台阶942-2的小的横截面。其它的台阶高度以虚线表示为942-1和942-3。

图13显示出具有光电/光子探测器904的多个线的修改的传感器900。在这一情形中，每条线具有自己的Z值，例如在深度Z1-Z4处的四条线。获得结果EX和EZ的处理仅是相对于图11描述的处理的一种形式，适合于每一Z值的孔阑/探测器被彼此平移一已知量的情况，尤其是在X方向上平移的情况。因此，在X方向上的特定偏置可以被应用至来自像素的每一不同的线的结果。可以使用来自具有最强强度的线的EX值，或在它们具有各自的偏移量时可以将它们全部进行组合，以获得满意的精确的EX值。

图13(b)和(c)显示跨过传感器900的四个Z值的实施方式，根据所述实施方式，折射材料厚度的“阶梯”未沿着传感器的长度循环地重复，而是沿着长度方向是恒定的，在四个台阶中沿着线C-C’从像素线至像素线前进。图13(c)还示出此时探测器元件904在横向方向上以及纵向方向上被细分。在两个实施例(图12、图13)中，关于串扰、分辨率、光捕获等的管理的问题，如它们在图8-10的例子中那样地应用。

图14显示出在Z方向上产生“阶梯”的几种可替代方案。在图14(a)和(b)中，形成光阑922的不透明层被施加到台阶折射材料的顶部上，而不是在它的下面。图14(b)还显示出探测器元件904位于衬底主体950的顶部上、而不是与光阑和折射材料通过主体材料间隔一距离的例子。

作为一种示例，折射材料可以包括蚀刻的玻璃，或它可以包括二氧化硅，诸如可以通过正常的半导体加工而被集成到光电/光子探测器的顶部上。可以应用被描述的措施的许多变形和置换，所有这些措施的目的都是为从一个像素至另一像素赋予不同的光程。除了阶梯结构之外，尤其是在图13的例子中，更实际的是产生倾斜楔形轮廓。如果所述楔形的角度是诸如有效地通过棱镜效应使束偏移，那么这可以通过在信号处理中的偏置来进行补偿，以获得真实的X值。可以可替代地以预先布置的Z倾角(被对于围绕X轴线的旋转，称作RX；或对于围绕Y轴线的旋转，称作RY)安装探测器阵列，而不采用折射材料的楔。这将固有地将孔阑布置在相对于衬底台WT的平面的不同高度上，且不使用特别的折射材料。可以应用具有不同的折射率的恒定厚度的材料，而不改变材料的厚度。可以分离地沉积不同的材料，或可以通过掺杂不同的部分来修改单个层的折射率。这样的各种方案甚至可以被组合，以实现光程上的期望的变化。

图15显示出另外的方式，以将不同的有效的Z值赋予探测器主体920中的元件904的阵列中的邻近的像素，其既没有被倾斜也没有设置有折射材料的台阶或楔。在这一例子中，掩模对准标记M1、M2等在标记960处被修改，以包括改变Z高度的台阶或楔。这可以通过施加或蚀刻掉特定深度的玻璃或其它折射材料或可变地掺杂的材料等来实现，如上文所述。这样的结果是在空间图像AIM中的相邻的亮线被聚焦在略微不同的高度处，在图中标记为902-1(Z1)，902-2(Z2)，902-3(Z3)和902-4(Z4)。因此，当探测器元件904的不同线的孔阑922被赋予在亮线的空间图像的Z水平之间的某处的水平位置处的空间图像时，可以获得关于四个Z误差值EZ1-EZ4的相对量级的信息，且曲线被拟合，以从单个静态测量步骤识别Z误差EZ。当然，对特定处理的掩模版的需要使得这一实施例对光学光刻术应用是较不便利的。

第三实施例

图16显示出第三类型的实施例，其中传感器1000包括相对稀疏放置的探测器元件1004。如在前述的实施例中示出的那样，设置读出电路1006和处理器1008。每一探测器元件可以包括一条线，以收集大量的光。每一元件可以位于孔阑之后，或探测器自身的性质可能限定了适合尺寸和形状的有效孔阑。仅沿X/Y方向观看时，可以看到元件1004被相对稀疏地放置。在正交的方向(垂直纸面的方向)上，它们可以是连续的线，或离散的探测器元件1004的线。在示出的简单的例子中，不能直接获得Z信息，但是可以以与在图11-15的实施例中的相同的方式在这一实施例中应用对于不同的Z路径长度提供不同的探测器的原理。为了这一目的，可以在正交方向上细分元件1004。

在这一情形中，掩模对准标记1060被布置以通过投影系统PS传输一系列亮线，由在表示空间图像AIM的强度的强度轮廓1002中的尖峰来表示。这些亮线的空间周期接近但略微不同于探测器元件1004的间隔，使得一次仅一个元件可以接收亮线的全部强度。这一游标状的布置产生了样本值，诸如在图16的底部的图表中显示的，可以由其推导出曲线1012，可以由所述曲线的中心线1016导出EX/EY的值。

变形和应用

如已经提及的，可以独立地或以组合的形式在X和Y方向上应用上述的实施例的各种特征。图17示出了包括光电/光子探测元件的两个精细阵列的传感器块1100，所述光电/光子探测元件的两个精细阵列形成用于X方向信息的传感器1102和用于Y方向位置信息的传感器1104。以类似于图13的例子的形式示出了这些传感器中的每一个，但是可能是与在图8至图16的任何实施例中显示的形式的传感器相同。读出电路1106、1108提供信号给处理器1110和1112。每一传感器1102、1104还具有Z方向分辨能力，处理器1110和1112一起提供Z位置信息(EZ)。读出电路1106、1108和/或处理器1110和1112不需要对于X和Y方向分别设置，但是可以根据需要进行组合。

另外在传感器块1100上的是粗对准传感器1120，具有其自己的读出电路1122和处理器1124。处理器1124输出具有X、Y和Z分量的粗误差信号EC，其被衬底台定位系统PW使用，以使得精细传感器1102、1104与掩模对准特征(在这种情形中是亮线1126、1128)对准。为此目的，投影掩模对准图案还包括粗对准特征，诸如十字线特征1130。可见，如果十字线特征1130在粗对准传感器1120上中心地对准，那么亮线1126和1128将位于它们各自的X和Y传感器1102、1104上的中心，衬底台的另外的运动不需要获得精细的读数EX、EY、EZ。另外地或可替代地，对粗位置的校正可以通过来自精细位置处理器1122、1124的信号来触发，如由虚线箭头表示的。

就处理的复杂性以及传感器的紧凑性和成本方面而言，要在所有这些变形之间的可实现的精度中进行权衡。虽然亮线被描述成对准特征，但是亮场上的暗线在原理上也可以被使用。

精细测量光电/光子探测器也可以与粗定位光电/光子探测器集成在一起，被布置以响应于在EX、EY和/或EZ的更宽范围上的相同的投影特征或额外的特征。用于粗定位的光电/光子探测器可以与精细定位所使用的光电/光子探测器完全分离开，或可以被分享。在探测器的线被以小的角度α布置用于精细测量的情况下，可以以更大的角度布置更宽的探测器的线，用于粗捕获和测量，而没有扫描移动。

图18示出了另外的可替代传感器块1150，在传感器块1150中，传感器1152包括统一的光电/光子探测器元件两维阵列。对于这一例子，产生了两维的掩模对准图案1154，例如是交叉的线而不是简单的平行线，单个探测器阵列可以通过适合的处理来求解X和Y信息。假定有足够精细的像素节距，所述阵列可以类似于图7的例子而与X、Y栅格方形地对准。然而，对于上文给出的原因，以一角度设置阵列放宽了传感器节距的要求且简化了信号处理。

可以设想许多其它形式的标记和粗定位系统，示出的例子绝对不是限制性的。所述例子也不是成比例的。对于实际的原因，传感器块1100可能在范围上远大于其中的传感器1102、1104。尤其是粗对准传感器和其它传感器被安装在同一模块中的情形。整个对准图案的范围可以是一毫米或几毫米的量级。在对准图案自身中的特征尺寸和间隔可以是一微米或几微米的量级。通过曲线拟合、平均以及其它技术实现的空间分辨率可以比特征尺寸更精细，且比采用的辐射波长更精细。在具有通常更严格的定位要求的EUV或压印设备的情形中，特征的尺寸可能甚至更小。

本领域技术人员应当理解，贯穿该截面使用的孔阑可以指的是单个线(即单个矩形透射函数)以及更复杂的线图案(即更复杂的局部透射函数，其平均而言类似于矩形透射函数)。

在一种实施例中，诸如传感器700、800、900、1000、1100和1150的传感器设置在衬底台WT上的两个、三个或四个位置处，以便同时读取掩模对准标记M1-M4中的两个或更多个。虽然可以同时测量X和Y，但是本发明可以提供速度和精度优势，甚至在EX、EY和EZ被顺序地或一次两个地测量的实施例中也是如此。

虽然特定实施例通过同时使用在可重复的图案或平行线中交错的不同的像素来测量不同的Z值，但是更复杂的交错的图案也是可以的，不论是在一维或两维阵列中。用于改变样本之间的光程的另一选择将是移动的折射元件，诸如分段的轮子或其它的移动部件。然而如果它们被同时严格地完成，则这将需要被设计，以便不干扰X和Y测量。然而，可以在分离的时间上测量Z变化，并将保持不使用用于Z方向上的扫描的衬底台或掩模台电机的优点。

虽然对准标记和传感器之间的直接投影在下述的实施例中示出和描述，但是设想了修改，其中由于一些原因，对准标记的投影在衬底支撑件和图案形成装置或其支撑件中的一个或另一个处被反射，传感器和对准标记都位于投影光学系统的同一侧。

本领域的技术人员可以基于本发明的公开设想这些和许多其它的变形。

应当理解，前述实施例中的处理单元600可以是图19中显示的计算机组件。计算机组件可以是以在根据本发明的组件的实施例中的控制单元形式的专用的计算机，或可替代地是控制光刻投影设备的中央计算机。计算机组件可以被布置用于装载包括计算机可执行代码的计算机程序产品。当计算机程序产品被下载时，这可以使得计算机组件能够控制具有图像对准传感器700、800等的实施例的光刻设备的上述使用。

连接至处理器1227的存储器1229可以包括例如硬盘1261、只读存储器(ROM)1262、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)1263和随机存取存储器(RAM)1264的多种存储器部件。并不需要设置上述的所有存储器部件。另外，没有必要使上述的存储器部件在物理上非常靠近处理器1227或彼此非常靠近。它们可以位于距离很远的位置处。

处理器1227还可以连接至一些类型的用户接口，例如键盘1265或鼠标1266。也可以使用本领域技术人员已知的触摸屏、轨迹球、语言转换器或其它界面。

处理器1227可以连接至读出单元1267，其被布置以读取来自数据载体(例如软盘1268或CDROM 1269)的数据和在一些情形中将数据存储在数据载体(例如软盘1268或CDROM 1269)上，所述数据可以例如成计算机可执行代码的形式。另外，可以使用本领域技术人员已知的DVD或其它数据载体。

处理器1227还可以被连接至打印机1270，以在纸张上打印出输出数据，以及连接至显示器1271，例如监控器或LCD(液晶显示器)，或本领域技术人员已知的任何其它类型的显示器。

处理器1227可以例如通过负责输入/输出(I/O)的发送器/接收器1273连接至通信网络1272，例如公共电话交换网(PSTN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)等。处理器1227可以布置以经由通信网络1272与其它通信系统进行通信。在本发明的一种实施例中，外部计算机(未示出，例如操作者的个人计算机)可以经由通信网络1272登录入处理器1227。

处理器1227可以被实施为独立的系统或并行地操作的多个处理单元，其中每个处理单元被布置以执行较大程序的子任务。所述处理单元还可以被分成具有多个子处理单元的一个或更多的主处理单元。处理器1227的一些处理单元可以均匀地设置在离开其它处理单元一距离的位置处，且经由通信网络1272通信。

观察到虽然图19中的所有连接显示为物理连接，但是这些连接中的一个或更多个可以设置成无线的。它们仅是要表明“被连接的”单元被布置以某一方式彼此通信。计算机系统可以是任何信号处理系统，具有被布置以执行此处讨论的功能的模拟和/或数字和/或软件技术。

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在制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件方面有其他的应用，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”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，例如以便产生多层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，本发明可以用于其它应用中，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。对于压印光刻术，不需要投影系统将产品自身的图案从图案形成装置转移到衬底上。然而，可以采用光学系统，将对准图案从图案形成装置投影至此处描述的类型的图像对准传感器。本发明不限于光学光刻术。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或者约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)以及粒子束(诸如离子束或电子束)。

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，本发明或本发明中的特征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 (15)

1.一种光刻设备，所述光刻设备被布置以将图案从图案形成装置转移到衬底上，所述设备包括：

图案化子系统，用于接收所述图案形成装置和将所述图案施加到保持在图案化位置上的衬底；

衬底支撑件，用于在施加所述图案时保持所述衬底；

至少一个定位子系统，用于彼此相对地移动所述衬底支撑件、所述图案化子系统和所述图案形成装置，使得所述图案在所述衬底上的精确地已知的位置处被施加；和

测量子系统，用于测量所述衬底相对于所述图案化位置的位置，和用于将测量结果供给至所述定位子系统，

其中，所述测量子系统包括：用于接收从对准标记投影的辐射的至少一个传感器，所述传感器和对准标记被设置成其中一个与所述图案形成装置关联而另一个与所述衬底支撑件关联；和处理器，所述处理器用于接收和处理来自所述传感器的信号，以求解所述投影对准标记中的空间信息，用于建立用于测量在所述衬底支撑件和所述图案化位置之间的位置关系的参考，其中所述传感器包括在至少一个维度上分离的光电/光子探测器元件的阵列，使得所述传感器和所述处理器能够在保持所述衬底支撑件和图案形成装置彼此静止的同时，操作用于执行建立所述参考位置的至少最终步骤。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括被布置在一条线上的光电/光子探测器元件的至少一个阵列，所述线被定向成与所述投影对准标记中的线的方向成一角度，所述处理器根据所述阵列的信号计算出在垂直于所述投影对准标记中的所述线的维度上的参考位置。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述传感器包括在第一维度上间隔开的光电/光子探测器元件的至少一个阵列，所述处理器根据所述阵列的信号计算出在投影对准标记的所述第一维度上的位置，所述投影对准标记包括具有在所述第一维度上略微不同的间隔的特征。

4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其中多个传感器被设置用于测量分别在不同的维度上的参考位置，例如在大致平行于衬底平面的两个正交方向上的参考位置。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述传感器包括多个光电/光子探测器元件，所述处理器被布置以分别根据来自所述对准标记的不同的光程在不同的元件之间进行区分，从而计算在平行于所述投影系统的光轴的维度(Z)上的参考位置。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述传感器被构造和/或安装，以便在光电/光子探测器元件之间赋予光程差。

7.根据权利要求6所述的设备，其中光电/光子探测器元件之间的光程差通过改变放置在所述元件前面的材料的厚度和折射率中的一者或两者而被赋予。

8.根据权利要求5、6或7所述的设备，其中至少两组光电/光子探测器元件被设置用于测量分别在大致平行于衬底平面的两个正交的方向上的参考位置，所述组中的一组或两组另外提供在平行于所述投影系统的光轴的第三维度上的测量。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述传感器与所述衬底支撑件相关联，同时所述对准标记与所述图案形成装置相关联。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述传感器能够操作用于在所述衬底支撑件保持静止的同时，在三个维度上同时测量参考位置。

11.一种包括将图案从图案形成装置转移到衬底上的过程的器件制造方法，所述方法包括步骤：

提供图案化子系统，用于接收所述图案形成装置和施加所述图案至保持在图案化位置处的所述衬底的一部分；

将所述衬底保持在衬底支撑件上；

测量所述衬底相对于所述图案化位置的位置；

在使用所述测量步骤的结果的同时，操作所述图案化子系统，从而以移动的次序彼此相对地定位所述衬底支撑件、所述图案化子系统和所述图案形成装置，使得所述图案被施加到所述衬底的期望部分上；和

根据所述施加的图案处理所述衬底，以产生产品特征，

其中所述测量步骤包括以下预备步骤：(i)使用传感器接收从对准标记投影的辐射，所述传感器包括在至少一个维度上分离的光电探测元件的阵列，和(ii)处理来自所述传感器的信号，以求解在所述投影对准标记中的空间信息，用于在所述至少一个维度上建立用于测量在所述衬底支撑件和所述图案化位置之间的位置关系的参考，使得所述传感器和所述处理器在所述衬底支撑件和图案形成装置彼此保持静止的同时，执行建立所述参考位置的至少最终的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中至少两个传感器被设置用于测量分别在大致平行于衬底平面的两个正交方向上的参考位置，所述传感器中的一个或两个另外地提供在平行于所述投影系统的光轴的第三维度上的测量。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中为了所述预备步骤的执行，所述传感器与所述衬底支撑件相关联，而所述对准标记与所述图案形成装置相关联。

14.根据权利要求13所述的方法，其中如果在所述图案形成装置上给定兼容的对准标记，所述传感器在所述预备步骤中是能够操作用于在所述衬底台和图案形成装置彼此相对保持静止的同时，在三个维度上同时测量参考位置。

15.一种计算机程序产品，包括用于控制光刻设备的一个或更多的机器可读指令的序列，所述指令适于控制如在上述的权利要求11至14中任一项所述的方法的测量和定位步骤，尤其是使得所述设备的一个或更多的可编程处理器来处理来自所述传感器的信号，以求解在所述投影对准标记中的空间信息，用于建立用于在至少一个维度上测量在所述衬底支撑件和所述图案化位置之间的位置关系的参考，在所述衬底支撑件保持静止的同时，执行建立所述参考位置的至少最终的步骤。

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