CN110637258A - 用于制造器件的量测传感器、光刻设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种量测传感器设备，其包括：照射系统，其能够操作以用照射辐射照射衬底上的量测标记；光学收集系统，其配置成在由所述量测标记散射所述照射辐射之后收集散射辐射；和依赖于波长的空间滤光器，其用于在空间上过滤所述散射辐射，所述依赖于波长的空间滤光器具有依赖于所述散射辐射的波长的空间轮廓。所述依赖于波长的空间滤光器可以包括二向色滤光器和至少一个第二滤光器，所述二向色滤光器能够可操作以实质上透射第一波长范围的散射辐射且实质上阻挡第二波长范围内的散射辐射，所述第二滤光器能够操作以实质上阻挡至少在第一波长范围和第二波长范围内的散射辐射。

Description

用于制造器件的量测传感器、光刻设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年5月15日提交的欧洲申请No.17171103.9的优先权，通过引用将所述申请的全文并入本文。
技术领域
本发明涉及用于可用在例如利用光刻技术进行的器件的制造中的方法和设备，以及涉及使用光刻技术来制造器件的方法。本发明更特别地涉及量测传感器，并且更具体地，涉及用于确定衬底上的标记的位置的位置传感器和方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望的图案施加到衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以被用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以用可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置产生要在IC的单层上形成的电路图案。可以将所述图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或几个管芯)上。典型地，通过成像进行图案到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化或形成图案的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称为“场”。
在复杂的器件的制造中，典型地执行许多光刻图案化或图案形成步骤，从而在在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的重要方面是相对于在先前的层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)设置的特征正确地且准确地放置被施加的图案的能力。为此目的，衬底设置有一组或更多组对准标记。每个标记是这样的结构：其位置可以稍后利用位置传感器(典型地，光学位置传感器)被测量。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，通过所述对准传感器可以准确地测量衬底上的标记的位置。从不同的制造商和相同的制造商的不同的产品获知不同类型的标记和不同类型的对准传感器。广泛的被用于当前光刻设备的一种类型的传感器基于如在US7961116(den Boef等人)中描述的自参考干涉仪。通常，标记被分离地测量以获得X位置和Y位置。然而，可以使用在例如已公布的专利申请US2009/195768A(Bijnen等人)中所描述的技术来执行组合的X测量和Y测量。这样的传感器的修改和应用在US2015355554A1(Mathijssen)、WO20150511070A1(Tinnemans等人)中被描述。通过引用将所有这些公开出版物的内容并入本文。
在包含对准标记的层上方施加新的层导致使用位置传感器(或对准传感器)获得的位置信号的削弱。这在重叠的层中的至少一层包括不透明的材料时尤其是有问题的。这样的材料的示例是无定形碳。为了在这样的层中准确地定位器件图案，一种方法可以包括在所述层中切割开口以揭露基础的对准标记。这些窗口可以相对粗糙地定位，但是所需要的准确度仍假定一些方法来确定基础的标记的位置。
在诸如对准传感器之类的当前量测传感器中，到达检测器的呈“第零衍射阶”的辐射(例如，从点反射镜的边缘散射的辐射、从表面粗糙部散射的辐射(随机散射)、从目标边缘散射的辐射等等，这些辐射不包含关于正在被测量的参数的信号信息)限制传感器的动态范围。在这样的情况下，晶片质量(WQ)可能是非常低的(例如，10-6)。晶片质量是实际的对准信号强度相对于由基准标记产生的信号的量度(比)。为了补偿，第零阶光阑可能尺寸增大以阻挡更多的第零阶散射光并达到足够的晶片对准性能。然而，这可能由于下述因素而是不期望的：在对准传感器模块内的体积、热、振动和/或其它约束，如避免阻挡期望的第一阶衍射阶。另一问题是由重叠的层中的、引起对准偏移的残留形貌或拓扑(以及来自由于粗糙部导致的随机散射的贡献)导致的表面散射进入目标衍射阶中。
发明内容
在第一方面，本发明旨在提供改进的测量准确度，特别是在低晶片质量下。
在第一方面，本发明提供一种量测传感器系统，包括：量测传感器设备，所述量测传感器设备包括：照射系统，所述照射系统能够操作以用照射辐射照射衬底上的量测标记；光学收集系统，所述光学收集系统配置成在由所述量测标记散射所述照射辐射之后收集散射辐射；和依赖于波长的空间滤光器，该依赖于波长的空间滤光器用于在空间上过滤所述散射辐射，所述依赖于波长的空间滤光器具有依赖于所述散射辐射的波长的空间轮廓。
在实施例中，所述依赖于波长的空间滤光器包括遮蔽件，所述遮蔽件用于阻挡所述散射辐射的零衍射阶，其中所述遮蔽件的有效尺寸取决于所述散射辐射的波长。在另外的实施例中，所述遮蔽件的用于第一波长范围内的散射辐射的有效尺寸比用于第二波长范围内的散射辐射的有效尺寸大。
在实施例中，所述依赖于波长的空间滤光器包括至少一个第一滤光器和至少一个第二滤光器，所述第一滤光器能够操作以实质上透射所述第一波长范围内的散射辐射且实质上阻挡所述第二波长范围内的散射辐射，所述第二滤光器能够可操作的，以实质上阻挡至少在所述第一波长范围和所述第二波长范围内的散射辐射。在另外的实施例中，第一滤光器和第二滤光器是光学地对准的，并且所述第一滤光器和所述第二滤光器的组合限定用于所述第一波长范围内的散射辐射的第一空间轮廓和用于所述第二波长范围内的散射辐射的第二空间轮廓。
在实施例中，所述第一滤光器包括二向色滤光器。
在实施例中，量测传感器设备至少能够在利用所述第一波长范围内的照射辐射的第一操作阶段和利用所述第二波长范围的照射辐射的第二操作阶段中操作。在另外的实施例中，所述第一操作阶段包括在第一量测标记上执行的粗定位阶段，并且所述第二操作阶段包括在第二量测标记上执行的精定位阶段，所述第一量测标记的节距大于所述第二量测标记的节距。在实施例中，第二滤光器包括用于在第一操作阶段中透射非零衍射阶的一个或更多个第一孔和用于在第二操作阶段中透射非零衍射阶的一个或更多个第二孔，所述一个或更多个第一孔设置成相对于所述一个或更多个第二孔更靠近量测传感器设备的光轴，所述第二滤光器基本与所述一个或更多个第一孔在光学上对准，而与所述一个或更多个第二孔在光学上不对准。
在实施例中，所述第二滤光器包括用于透射所述散射辐射的非零衍射阶的一个或更多个孔，并且所述第一滤光器与所述一个或更多个孔中的每个孔的内部部分在光学上对准。
在实施例中，所述第二滤光器包括用于将所述照射辐射引导到所述量测标记上的点反射镜。
在实施例中，所述照射辐射包括第一偏振态；所述量测标记包括主结构并且能够操作以相对于所述第一偏振态改变所述散射辐射的主要由所述主结构散射得到的第一部分的偏振态和主要由除所述主结构之外的一个或更多个特征散射得到的辐射的第二部分的偏振态中的至少一个，使得所述散射辐射的所述第一部分的偏振态不同于所述散射辐射的所述第二部分的偏振态；并且所述依赖于波长的空间滤光器包括偏振滤光器，所述偏振滤光器能够操作以基于所述散射辐射的所述第二部分的偏振态基本上过滤掉所述散射辐射的所述第二部分。
在实施例中，所述散射辐射的所述第二部分主要包括已经被在所述主结构上方形成的至少一个或更多个层散射的辐射。
在实施例中，所述量测标记能够操作以在将所述散射的辐射的所述第一部分的偏振态改变成第二偏振态的同时不改变所述散射辐射的所述第二部分的偏振态，使得所述散射辐射的所述第二部分基本上保持所述第一偏振态。在另外的实施例中，所述主结构包括具有第一节距的周期性结构，所述第一节距能够操作以衍射所述照射辐射，所述周期性结构被子分段有第二节距，所述第二节距能够操作以改变所述散射辐射的所述第一部分的偏振态。在实施例中，所述第一偏振态是第一圆偏振态并且所述第二偏振态是第二圆偏振态，所述第二圆偏振态相较于所述第一圆偏振态的方向来说是沿相反的方向。在另外的实施例中，所述偏振滤光器包括至少一个四分之一波片，其用于将散射辐射的具有所述第一圆偏振态的第一部分和散射辐射的具有所述第二圆偏振态的第二部分两者转换成相互正交的线性偏振态，使它们能够分离。
在实施例中，所述第一偏振态是线性偏振态。在另外的实施例中，所述偏振滤光器能够操作以仅将具有与所述第一偏振态正交的偏振态的散射辐射传递到处理系统。在实施例中，所述量测标记能够操作的，以将散射辐射的所述第一部分的偏振态改变成第二偏振态，所述第二偏振态与所述第一偏振态正交。
在实施例中，量测传感器系统是位置传感器，并且还包括至少一个处理系统和辐射检测系统。在另外的实施例中，所述位置传感器包括容置所述处理系统的模块壳体，并且所述依赖于波长的空间滤光器位于所述模块壳体内。
在第二方面，本发明提供一种量测传感器设备，所述量测传感器设备至少能够在利用第一波长范围内的照射辐射的第一操作阶段和利用第二波长范围内的照射辐射的第二操作阶段中操作，所述量测传感器设备包括：照射系统，所述照射系统能够操作以用所述照射辐射照射衬底上的量测标记；光学收集系统，所述光学收集系统配置成在由所述量测标记散射所述照射辐射之后收集散射辐射；和依赖于波长的空间滤光器，所述依赖于波长的空间滤光器用于在空间上过滤所述散射辐射，所述依赖于波长的空间滤光器具有依赖于所述散射辐射的波长的空间轮廓，并且包括至少一个第一滤光器和至少一个第二滤光器，所述第一滤光器能够操作以实质上透射第一波长范围内的散射辐射且实质上阻挡第二波长范围内的散射辐射，所述第二滤光器能够操作以实质上阻挡至少所述第一波长范围和所述第二波长范围内的散射辐射；其中所述第二滤光器包括用于在第一操作阶段中透射非零衍射阶的一个或更多个第一孔和用于在第二操作阶段中透射非零衍射阶的一个或更多个第二孔；所述一个或更多个第一孔设置成比所述一个或更多个第二孔靠近量测传感器设备的光轴；所述第二滤光器基本上与所述一个或更多个第一孔在光学上对准，而与所述一个或更多个第二孔在光学上不对准；并且其中所述依赖于波长的空间滤光器包括偏振滤光器，所述偏振滤光器能够操作以基于散射辐射的一部分的偏振态基本上过滤掉所述散射辐射的该部分；所述偏振滤光器基本上与所述一个或更多个第二孔在光学上对准，而与所述一个或更多个第一孔在光学上不对准。
本发明还被提供用于一种制造器件的方法，其中器件图案利用光刻过程而被施加于衬底，所述方法包括参考在衬底上形成的一个或更多个标记的被测量的位置来定位被施加的所述器件图案，所述被测量的位置是利用第一方面的量测传感器系统获得的。
本发明还被提供用于供将图案施加到衬底的光刻设备，所述光刻设备包括第一方面或第二方面的量测传感器系统。
将根据下文描述的示例的考虑来理解本发明的以上方面和其它方面。
附图说明
现在将仅通过举例的方式、参考随附附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘了一种光刻设备；
图2示意性地图示图1的设备中的测量和曝光过程；
图3示意性地图示了使用位置传感器测量在衬底上形成的目标结构的位置，和不透明的重叠结构的问题；
图4示意性地图示了根据本发明的实施例可适用的位置传感器；
图5示意性地图示了根据本发明的第一实施例的位置传感器的光学系统；
图6示意性地图示了根据本发明的第二实施例的位置传感器的光学系统；
图7图示了替换的依赖于波长的空间滤光器，其可以用于诸如在图5或图6中图示的设备中。
图8示意性地图示了通过具有(a)小的表面形貌和(b)相对大的表面形貌的重叠的层测量对准标记的问题；
图9示出了典型的测量光瞳响应，用于图示测量光瞳上的低晶片质量的问题；和
图10示意性地图示了根据本发明的另外的实施例的位置传感器的光学系统。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，提出可以实施本发明的实施例的示例环境是有指导意义的。
图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如，掩模台)MT，构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并与配置成根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位器PM连接；两个衬底台(例如，晶片台)WTa和WTb，每个衬底台构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并且每个衬底台与配置成根据某些参数准确地定位衬底的第二定位器PW连接；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。参考框架RF连接各种部件，并且用作设定和测量图案形成装置和衬底的位置、以及图案形成装置和衬底上的特征的位置的基准。
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、或者它们的任意组合，用以对辐射进行引导、成形或控制。
图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计和诸如图案形成装置是否保持在真空环境中之类的其它条件的方式保持所述图案形成装置。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。图案形成装置支撑件MT可以是框架或台，例如，它可以根据需要而是固定的或者可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于期望的位置上。
本文中术语“图案形成装置”应被广义地解释为表示能够用于在辐射束的横截面上将图案赋予辐射束、例如以便在衬底的目标部分上产生图案的任何装置。应注意，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分中的期望的图案准确地对应(例如，如果所述图案包括相位偏移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予至辐射束的图案将与在目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层对应。
如这里描绘的，所述设备可以是透射型的(例如，使用透射式图案形成装置)。可替代地，所述设备可以是反射型的(例如，使用上文提及类型的可编程反射镜阵列，或者使用反射式掩模)。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”还可以解释为表示这样的装置：该装置以数字形式存储用于控制这种可编程图案形成装置的图案信息。
本文中使用的术语“投影系统”应被广义地解释为包括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、电磁型以及静电型光学系统或者它们的任意组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空等其它因素所适合的。本文中使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。
光刻设备还可以是如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如掩模与投影系统之间的空间。本领域中众所周知的是，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。
在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述辐射源和光刻设备可以是分立的实体(例如当辐射源是准分子激光器时)。在这样的情况下，所述源并不认为是构成光刻设备的一部分，且辐射束借助于包括(例如)适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD被从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备的组成部分(例如当辐射源是汞灯时)。可以将所述源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起被称为辐射系统。
照射器IL可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD、积分器IN和聚光器CO。可以将照射器用于调整辐射束，以便在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到被保持于图案形成装置支撑件MT上的图案形成装置MA上，并且由图案形成装置图案化或形成团。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉量测装置、线性编码器、2D编码器或电容式传感器)，可以精确地移动衬底台WTa或WTb，例如以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库进行机械获取之后或在扫描期间，可以利用第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确示出)来相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。
可以使用掩模对准标记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。尽管图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)中。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上的情形下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。小的对准标记也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标记尽可能小且不需要任何与相邻的特征不同的成像或过程条件。下文中进一步描述检测所述对准标记的对准系统。
可以将描述的设备用于多种模式。在扫描模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台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。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度决定目标部分C的高度(沿扫描方向)。如本领域中公知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓“无掩模”光刻术中，使可编程图案形成装置保持静止，但具有改变的图案，且移动或扫描衬底台WT。
也可以采用上文描述的使用模式的组合和/或变形例，或采用完全不同的使用模式。
光刻设备LA是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA，衬底台可以在曝光站和测量站之间进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站处被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站处的另一衬底台上，且执行各种预备步骤。这能够实现设备的生产量显著增加。预备步骤可以包括使用水平高度传感器LS对衬底的表面高度廓线进行绘图和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。如果位置传感器IF不能够在衬底台处于测量站以及处于曝光站的同时测量衬底台的位置，则可提供第二位置传感器以使能够在两个站处追踪衬底台相对于参考框架RF的位置。代替示出的双平台布置，其它布置是已知的且可以用的。例如，在其中设置有衬底台和测量台的其它光刻设备是已知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，且接着在衬底台经历曝光时分开或不对接。
图2图示了用于在图1的双平台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如，管芯)的步骤。在虚线框内在左手侧的步骤是测量站MEA处执行的，而右手侧示出曝光站EXP处执行的步骤。经常，衬底台WTa、WTb中的一个将位于曝光站处，而另一个位于测量站处，如上文描述的。出于此描述的目的，假定衬底W已经被加载至曝光站中。在步骤200处，通过未示出的机构将新衬底W’加载至所述设备。并行处理这两个衬底，以便增加光刻设备的生产量。
最初参考新加载的衬底W’，此衬底可以是先前未被处理的衬底，是用新的光致抗蚀剂制备以供在所述设备中的第一次曝光使用。然而，通常，描述的光刻过程将仅仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经通过此设备和/或其它光刻设备几次，并且也可以经历后续过程。特别地针对改善重叠性能的问题，任务将是确保新图案被正确地施加于已经经受图案化(或图案形成)和处理的一次或更多次循环的衬底上的正确位置中。这些处理步骤逐渐在衬底中引入变形，这些变形必须被测量和校正，以实现令人满意的重叠性能。
可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续的图案化或图案形成步骤(如刚提到的)，且甚至可在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续图案化或图案形成步骤。例如，在器件制造过程中，在诸如分辨率和重叠之类的参数上要求非常高的一些层相比于其它要求较不高的层可以被在更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以曝光于浸没型光刻工具中，而其它层曝光于“干式”工具中。一些层可以在DUV波长下工作的工具中被曝光，而其它层使用EUV波长辐射被曝光。
在202处，将使用衬底标记P1等和图像传感器(未示出)的对准测量用以测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。此外，将使用对准传感器AS来测量横跨衬底W’的几个对准标记。这些测量结果在一个实施例中用来建立“晶片栅格”，其很准确地绘制标记横跨衬底的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。
在步骤204处，还使用水平高度传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)图。常规地，高度图仅用于实现被曝光的图案的准确聚焦。此外，可以出于其它目的使用高度图。
当加载衬底W’时，接收选配方案数据206，其定义待执行的曝光，且还定义晶片、先前产生的图案和待产生于晶片上的图案的属性。将在202、204处进行的晶片位置、晶片栅格和高度图的测量结果添加至这些选配方案数据，使得可以将完整的一组选配方案和测量数据208传递至曝光站EXP。对准数据的测量结果例如包括以与产品图案(所述产品图案是光刻过程的产品)成固定或名义上固定的关系而形成的对准目标的X位置和Y位置。正好在曝光之前获得的这些对准数据用于产生对准模型，所述对准模型具有将模型与数据拟合的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间被使用，以校正当前光刻步骤中施加的图案的位置。在使用中的模型内插被测量的位置之间的位置偏差。常规的对准模型可能包括四个、五个或六个参数，所述参数一起以不同维度或尺寸限定“理想”栅格的平移、旋转及缩放。使用更多参数的改进模型是已知的。
在210处，调换晶片W’与W，使得被测量的衬底W’变成进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过交换设备内的支撑件WTa和WTb来执行这一调换，使得衬底W、W’保持被准确地夹持且定位于那些支撑件上，以保持衬底台与衬底它们自身之间的相对对准。因此，一旦已调换了所述台，为了利用用于衬底W(以前为W’)的测量信息202和204控制曝光步骤，就必需确定投影系统PS与衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置。在步骤212处，利用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动和辐射脉冲施加于横跨衬底W的连续目标部位处，以便完成数个图案的曝光。
通过在曝光步骤的执行中使用在测量站处获得的对准数据和高度图，使这些图案相对于期望的部位准确地对准，并且特别地，相对于先前放置于同一衬底上的特征准确地对准。在步骤220处，根据被曝光的图案使从设备被卸除、现在被标注为W”的被曝光的衬底经历蚀刻或其它过程。
技术人员将知道，上文的描述是涉及真实制造情形的一个示例的数个非常详细的步骤的简单概述。例如，不同于在单程中测量对准，经常将存在使用相同或不同的标记的分离的粗测量阶段和精测量阶段。粗对准测量步骤和/或精对准测量步骤可以在高度测量之前或之后进行，或者交错进行。
当前，光学位置传感器，如对准传感器AS，使用可见和/或近红外(NIR)辐射来读取对准标记。在一些过程中，在已经形成对准标记之后处理在衬底上的层导致这样的情形：其中标记不能被这样的对准传感器发现，因为信号强度低或无信号强度。低信号强度或零信号强度可能是由例如标记顶部上的不透明层引起的，所述不透明层阻挡处于可见/NIR波段的辐射，并且因此阻挡对准传感器的操作。为了解决此问题，已知的是在后续层中产生附加的标记来促进标记检测。然而，产生这些附加的标记是昂贵的。一些过程依靠在现有标记的顶部上生产光学窗口，以这样的方式，只有位于所述标记的顶部上的材料被移出，因此所述标记可以被测量。然而，这些也要求附加的处理步骤和费用。
图3图示了可替代的解决方案，所述解决方案基于使用对准传感器AS-IR，所述对准传感器使用可以穿透不透明层302的(比正常使用的辐射波长)长得多的辐射波长。不透明层302形成在衬底308上的其它材料层304以及对准标记306上方。本对准传感器现在在500-1000nm之间的波长下操作。当此波长范围包括靠近可见范围的红外波长时，这些波长不能穿透公共的不透明层。对于较长的IR波长来说，穿过这样的不透明层的透射率是相对高的。为了减轻这种情况，可以提供对准传感器AS-IR，其可以例如使用波长大于1000nm(例如介于1500-2500nm之间的范围内)的辐射来操作，所述对准传感器AS-IR将更大程度地透射通过这样的不透明层。对准标记306可以是具有常规的节距的常规对准标记，或可以是具有例如更长的光栅节距的专用标记，这种更长的光栅节距更适合使用这些更长的波长进行的测量。
在图4中示出了根据本公开的一个示例的位置传感器或对准传感器的示例的简化的示意图。照射源420提供一个或更多个波长的辐射束422，其经由点反射镜427转向通过物镜424到达位于衬底W上的对准标记，诸如对准标记402。对准标记402散射的辐射406被物镜424收集并准直成信息承载束426。光学分析器428处理束426并将分离的束429(例如，经由光学纤维)输出到检测系统(例如，传感器阵列)430上。来自检测系统430中的单独的传感器的强度信号432被提供至处理单元PU。系统通过系统428中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出是在衬底上的相对于传感器的X位置和Y位置的值。可替代地或另外地，可以测量其它参数，如重叠OV和/或临界尺寸CD。
这样的对准传感器的构造和操作的细节可以在引言中提到的在先的专利公开出版物中找到并且将不在此重复。简要地，在照射路径422中可以提供多个单独的波长源，如LED或激光源。所述源可以布置成供应不同的辐射波长，例如绿色和红色可见光、近红外(NIR)波长和/或在1500-2500nm范围内(可选地包括波长大于2000nm的波长)的红外辐射中的一种或更多种。所述源可以包括LED、激光器、气体放电源、等离子源、超连续光谱源和逆康普顿散射源。
对准标记402反射和衍射的辐射426被物镜424收集。虽然被收集的辐射426被图示为在光轴上的单个束，但所述信息承载束事实上被散射和衍射分散。代表噪声信号的轴向分量至少部分地被点反射镜427阻挡，所述点反射镜427因此充当遮蔽件或用于阻挡所述噪声信号中的一些的遮蔽件。然后，剩余的较高阶衍射辐射(和一些杂散的噪声信号)进入处理系统428，可选地经由遮蔽件(空间滤光器或光瞳滤光器)433进入处理系统428。
除了由点反射镜427和物镜424的固有孔提供任何空间滤光之外，空间滤光器433还控制被反射和被衍射的辐射的哪些部分被容许进入所述处理系统中。特别地，点反射镜的尺寸可能不足以充分抑制零阶辐射。在示出的实施例中，空间滤光器433包括孔441，孔441用于仅在X方向和Y方向两者上传递通过期望的相应的非零衍射阶(例如，至少+1衍射阶和-1衍射阶)。中央区域是不透明，并且因而充当附加的零阶阻挡部，其阻挡未被点反射镜427阻挡的杂散辐射。然而，随着越来越低的晶片质量，这种零阶抑制件可能仍然不够。
处理系统428的性质将依赖于期望的性能和所提供的标记的类型。所述处理系统428可以基于干涉量测技术、或基于成像技术或基于这些技术的组合。所述处理系统428可以是彼此相同的类型，或者它们可以是完全不同的类型。在本示例中，将假定处理系统基于干涉量测法，并且包括在引用文献中描述的类型的自参考干涉仪。
所述处理系统428可以包括接收被收集的辐射426的自参考干涉仪。在干涉仪428的入口处，半波晶片435将辐射的偏振调节到45度。然后，干涉仪以引用文献中描述的方式对所述辐射进行处理，以其自身的被旋转的副本干涉所述束，从而使相反的衍射阶相长而相消。偏振分束器分离“加和”通道和“差分”通道，所述通道将位置敏感的光学信号429提供至检测系统430。检测系统430可以包括用于所述加和通道和差分通道中的每个通道的光电探测器，以获得期望的位置电信号432。在波段包含多个波长或多个波长范围的情况下，则波长信号分离器将被包括在检测系统中，并且提供单独的光电探测器来获得针对每个波长或波长范围的电信号432。
由于在通过不透明层对准时非常低的晶片质量，信号水平将典型的比通过透明层对准时的对准传感器信号水平低几个数量级。晶片质量是实际的对准信号强度相对于由基准标记产生的信号的量度(比)。因此，需要对噪声信号的抑制进行相应的改善以达到可接受的对准性能。在以相对小的节距在对准标记上进行精定位(例如，晶片精对准FIWA)的情况下尤其如此。目前，对此还没有好的解决方案。如已经描述的，主要由零阶阻挡件、由点反射镜427和/或空间滤光器433来执行噪声信号(杂散的或零阶辐射)的阻挡。零阶阻挡件的尺寸越大，杂散辐射被阻挡得越多并且测量可重复性的劣化越小。然而，不期望在对准传感器内的任何遮蔽件非常大，因为它降低了对准传感器的节距灵活性，并且特别地，使其粗定位(晶片粗对准COWA)能力复杂化。用于粗对准的对准标记448的相对的大的节距限制了任何零阶阻挡件(例如点反射镜427或空间滤光器433)的尺寸，以确保实际的衍射阶以及因此校准信号不被阻挡(对于大的对准标记节距，衍射角相对小)。由于相应的振动和热冲击，也不期望在对准传感器模块内放置可移动的遮蔽件或物理尺寸可以调谐的遮蔽件。
为了更好地抑制噪声信号，在实施例中，建议使用依赖于波长的空间滤光器来阻挡仅在所选择的波长范围内的辐射。所述依赖于波长的空间滤光器被用在量测传感器设备内，所述量测传感器设备针对不同的操作阶段(例如，定位阶段)使用不同波长的照射辐射。更具体地，量测传感器设备可以针对第一操作阶段(例如，粗定位阶段)使用第一波长范围内的一个或更多个照射波长，并且针对第二操作阶段(例如，精定位阶段)使用第二波长范围内的一个或更多个照射波长。在这样的实施例中，依赖于波长的空间滤光器可以相对于零阶遮蔽件用于第一波长范围内的辐射的尺寸而有效地增加该零阶遮蔽件用于第二波长范围内的辐射的尺寸。
图5示出了根据第一实施例的对准传感器AS的布置。关于图4描述了所述设备的主要元件，并且将不另外论述所述主要元件。应注意，增加了依赖于波长的空间滤光器532来代替空间滤光器433。在示出的具体实施例中，所述依赖于波长的空间滤光器532包括第一(依赖于波长的)滤光器，并且更具体地，包括二向色滤光器或反射镜534。所述二向色滤光器534可以是可操作的，以对第一波长范围中的照射辐射来说主要是透明的，但阻挡/反射第二波长范围中的照射辐射。更具体地，所述第一波长范围可以对应于在粗定位阶段期间使用的波长范围，并且所述第二波长范围可以对应于在精定位阶段期间使用的波长范围。以这种方式，所述二向色滤光器534在粗对准期间没有有效的效果，并且仅通过点反射镜427(第二滤光器)进行所述空间滤光(零阶滤光)。然而，在精对准期间，所述二向色滤光器对于所使用的波长是不透明的，并且因此充当比点反射镜427更大的零阶阻挡件。
图6示出了对准传感器AS的布置的第二示例性实施例。在所述实施例中，依赖于波长的空间滤光器632包括第一(依赖于波长的)滤光器与第二滤光器633的组合，所述第一滤光器可以包括二向色滤光器或反射镜634(基本上类似于所描述的二向色滤光器534)，所述第二滤光器633基本上与图4的已知布置的类似的空间滤光器433类似。在示出的具体实施例中，第二滤光器633和二向色滤光器634以二向色滤光器634与孔641的内部部分交叠的方式串联且共轴。以这种方式，二向色滤光器634在粗对准期间没有有效的效果，并且空间滤光基本上与图4中示出的布置相同。然而，在精对准期间，该二向色滤光器阻挡孔641的内部(相对于光轴)部分，有效地减小了它们的尺寸，并且因此有效地增加了仅针对精对准阶段的零阶阻挡件的尺寸。
在一些设备中，已经利用不同范围中的照射辐射进行了所述精定位和粗定位。精定位具有比粗定位更大的位置准确度。在具体的已知系统中，例如，利用在1500-1700nm范围内的照射辐射进行粗定位，并且利用1700nm-2000nm范围内的照射辐射进行精定位。因此，对于这样的设备，本文中描述的构思可以通过包含依赖于波长的空间滤光器632而被简单地并入，例如，通过将二向色滤光器634并入第二滤光器633，所述第二滤光器633阻挡1700nm-2000nm(或更大)范围中的波长，但在1500nm(或更小)-1700nm范围中是基本透明的。在其它设备中，可能将要求实施的是针对不同的操作阶段使用不同的波长。
通常，本文中描述的构思涉及使用依赖于波长的空间滤光器632，所述依赖于波长的空间滤光器632具有依赖于正在空间上被过滤的散射辐射的波长的轮廓。更具体地，本文中描述的构思涉及依赖于波长的空间滤光器632，所述依赖于波长的空间滤光器632包括二向色滤光器634，其作为在量测器件中的零阶遮蔽件，使得它仅阻挡在第二波长范围中而不是第一波长范围中的辐射。依赖于波长的空间滤光器632可以包括与第二滤光器633集成从而形成单个滤波器元件的二向色滤光器634。可替代地，二向色滤光器634和第二滤光器633可以间隔开，或以其它方式分离。在实施例中，二向色滤光器可以传递通过对应于第一操作阶段的第一波长的辐射或第一波长范围中的辐射，但是阻挡对应于第二操作阶段的第二波长的辐射或第二波长范围中的辐射。在实施例中，这样的二向色滤光器用于与(例如，更小的)第一空间滤光器组合使用，所述第一空间滤光器实质上阻挡在至少第二波长范围中的辐射。或者，如已经描述的，除点反射镜427之外，可以没有其它的第二滤光器。相关的是，第二空间滤光器(二向色滤光器)事实上增加了依赖于波长的零阶遮蔽件的尺寸。
图7图示了可替代的依赖于波长的空间滤光器700，所述依赖于波长的空间滤光器700可以被用于代替图6的布置中的依赖于波长的空间滤光器632。依赖于波长的空间滤光器700包括第二滤光器710，所述第二滤光器710具有第一孔720和第二孔730。第一孔720比第二孔730更大。在实施例中，第一孔720和第二孔730呈开槽的孔的形式，即，大致长方形的孔。特别地，第一孔720设置成比第二孔730更靠近第二滤光器710的中心。第一滤光器或二向色滤光器740基本上覆盖第一孔720。
这样的滤光器可以被用于在前文中描述的两个操作阶段。例如，这两个操作阶段可以包括第一操作阶段和第二操作阶段，所述第一操作阶段使用在第一波长范围中的一个或更多个波长的照射辐射，所述第一操作阶段例如为粗定位阶段，并且所述第二操作阶段使用在第二波长范围中的一个或更多个波长的照射辐射，所述第二操作阶段例如为精定位阶段(提供比粗定位阶段更大的定位精度)。然而，在所述实施例中，用于这两个操作阶段的非零衍射阶在光瞳内相对于彼此旋转。在示出的具体示例中，粗定位阶段使用第一孔720来经由二向色滤光器740传递通过非零衍射阶，所述二向色滤光器740是可操作的以传递通过第一波长范围中的波长，并且精定位阶段使用第一孔730来传递通过非零衍射阶。在精定位阶段中，二向色滤光器740(其可以类似于上述的二向色滤光器534、634那样操作)阻挡第一孔720以使辐射(例如，第二波长范围内的辐射)不被用于所述阶段。当第二孔730(即，开始)相对于第一孔720进一步远离中心时，这实际上指的是在精定位阶段期间零阶阻挡件(由虚线750指示)的尺寸比在粗定位阶段期间零阶阻挡件(由虚线760指示)的尺寸更大。
将理解，在该实施例中，在第一操作阶段中非零衍射阶在光瞳内的位置需要相对于在第二操作阶段中非零衍射阶在光瞳内的位置在空间上被转动。在示出的示例中，所述相对转动是45度；然而这仅仅是示例并且相对转动的角度可能是不同的。例如，对于1维，所述相对转动可以是90度。可以使用任何适当的方法来在一个或两个操作阶段转动衍射阶，以便所述衍射阶位于光瞳中的不同的位置。在一些实施例中，在这两个操作阶段中可以采用不同的照射方式(例如，不同的照射角)以实现这种情况。在另一实施例中，对准标记448(更通常地，量测标记)可以使一个操作阶段的衍射阶相对于另一个操作阶段中的衍射阶转动。在描述的具体示例中，粗定位阶段可以对准一对准标记，该对准标记的主光栅节距沿相关方向的第一孔720定向(例如，沿X轴或Y轴定向)，并且精定位阶段可以对准具有沿相关方向的第二孔730定向的主光栅节距(例如，相对于X轴或Y轴成45度定位的对角节距)的对准标记。
还将理解，上文的构思可以被扩展到另外的操作阶段或模式。例如，可以存在n个操作模式，每个操作模式利用来自不同的波长范围的波长，并且可以存在依赖于波长的空间滤光器532、632、700，所述依赖于波长的空间滤光器是可操作的以改变依赖于每个操作模式的零阶阻挡件的尺寸。例如，在描述的第一实施例中，可以利用呈串联方式的两个或更多不同尺寸的二向色滤光器，每个二向色滤光器具有不同的通带，该通带对应于在相应的操作模式中被使用的波长。因而，零阶截捕器或阻挡件的尺寸可以在依赖于操作模式的超过两个的有效尺寸之间有效地改变。类似地，通过例如使光瞳中的第三孔与第一孔和第二孔在角度上分离且由具有与二向色滤光器740不同的通带的另外的二向色滤光器覆盖第三孔，所描述的第二实施例可以被扩展到超过两个操作模式。这些第三孔可以与滤光器中心(光轴)隔开的距离不同于由虚线750和760指示的距离。可以针对每个操作模式使用不同的照射模式或不同的量测目标，使得对于所述操作模式，相关的非零衍射阶被引导到相应的孔。将理解，这可以被扩展用于超过三个操作模式，但将最终受限于光瞳内可利用的空间、可利用的波长范围和/或滤光器的通带等。
图8中图示了当通过一个或更多个不透明层测量时的第二个问题。图8(a)和图8(b)每个都示出了包括对准标记的第一层800，该对准标记的两个单独的特征810(线)被示出。在所述第一层上设置了两个附加层：第二层820和第三层830。例如，至少第三层830可以是不透明的。可以看出，第三层830包括形貌或拓扑(粗糙部或不平坦部)。存在两个主要类型的表面形貌/粗糙部。这些类型的表面形貌/粗糙部中的第一个主要类型的表面形貌/粗糙部是残留形貌。所述残留形貌典型地是由于材料沉淀到基础对准光栅上而没有使顶部层完美地平坦而导致的。因此，残留形貌将趋向具有与基础对准光栅相同的空间性(光栅)结构。所述残留形貌将倾向于仅将辐射散射到与该对准光栅相同的方向中，例如，将辐射散射到第+1和第-1(并且可能更高)衍射阶中。所述辐射典型地与由对准光栅散射的辐射干涉/相干地添加到由对准光栅散射的辐射，假定所述源的时间相干性长度相较于叠层厚度是较大的，情况通常如此。另一个主要类型的表面形貌是随机表面粗糙部，其具有许多/全部空间频率贡献。在这种情况下，辐射被散射到光瞳的所有部分中。
图8中，图示的形貌顶点840包括残留形貌，虽然当前也将存在一些随机表面粗糙部。虽然未按比例示出，但是图8(a)中的形貌高度(顶点840相对于凹点的高度)的数量级可以小于图8(b)中的形貌高度的数量级。也标注了对准标记(光栅)特征的位置(例如，被定义成所述光栅的中心位置)Xg、相应的形貌顶点Xt的位置、和这两个位置之间的差(100nm)。在这样的布置中，对准标记可以具有第一衍射效率。然而，所述表面(残留)形貌也可以衍射所述测量束，并且基本上充当光栅。在示出的具体示例中，所述残留形貌“光栅”的衍射效率数量级可以小于来自实际的标记光栅(图8(a)的信号的衍射效率数量级，或者大于来自实际的标记光栅(图8(b)的信号的衍射效率数量级。
图9示出了根据测量(诸如图8中图示的测量)得到的典型的测量光瞳1000。区域910对应于相干的第+1衍射阶和第-1衍射阶。由残留形貌得到的表面散射的辐射以及由随机表面粗糙部散射的辐射的一部分沿与光栅散射的辐射相同的方向移动，即移动到区域910中。所述辐射相干地添加到校准信号并引起位置(准确度)误差，所述位置误差依赖于以下中的一个或更多个：表面形貌的位置、光栅与粗糙部之间的垂直距离、波长、节距等。由于所述辐射相干地添加到校准信号，被测量的对准位置对所述表面散射非常敏感。
被示出为920、930的另一个光瞳区域涉及噪声信号，例如，由随机表面粗糙部散射到除了对应于主衍射阶的那些区域之外的光瞳区域的辐射。被散射到区域930的表面散射的辐射的部分向被测量的校准信号添加恒定的偏移。这劣化了对准位置的可重复性，但是不会引起准确度(偏置)问题。加入区域930中的辐射与校准信号在空间上分离，因此利用如所描述的空间滤光器/零阶截捕器阻挡所述辐射。区域920对应于表面散射的辐射，所述表面散射的辐射沿着在X方向上与衍射阶相同、但在Y方向上不同的方向移动。所述辐射也引起位置(准确度)误差但是并不相干地添加到所述校准信号。因此，校准信号对散射到区域920中的辐射比对散射到区域910中的辐射更不敏感。所述辐射的效果还可以用零阶截捕器或阻挡件消除。
回到参考图8，在下文相应的图中示出了针对每个示例，在被测量的位置Xm上表面形貌的效果，并且更具体地，表面散射进入区域910中的效果。图8(a)中，当利用2000nm波长的照射辐射时，非常小的形貌会导致在被测量的位置Xm与实际的对准标记位置Xg之间的大约1nm的明显的且有问题的安装误差。图8(b)中，较大的形貌(与在生产环境中观察到的大小一致)导致形貌衍射变成主导的，并且系统实际上对准所述形貌上而不是所述对准标记。这可能导致非常大的对准误差，并且在图8的具体示例中示出为99nm的误差。
为了解决这些问题，建议对照射辐射进行偏振滤光。因此，建议调谐照射偏振态、对准标记设计和/或检测偏振态的组合，以便在优化由对准标记散射的辐射的透射的同时过滤掉由表面形貌散射的辐射。
这可以通过利用偏振改变结构(更具体地，偏振改变对准标记(“偏振对准标记”)来实现，该偏振改变结构除了衍射入射辐射之外还起到改变入射辐射的偏振态(照射偏振态)的作用。这些偏振对准标记可以用于相对于由表面形貌散射的辐射的偏振态来改变被对准标记散射(衍射)的辐射的偏振态(散射(衍射)成第二偏振态)。以这种方式，可以利用偏振滤光(例如通过利用基于偏振态的滤光的适当的偏振滤光器)来过滤掉将倾向于保持第一偏振态(照射偏振态)的由表面形貌散射的辐射。偏振滤光器可以包括例如起到实质上阻挡具有照射偏振态的辐射的作用的偏振器，或起将到具有照射偏振态的辐射与被散射的辐射分离的作用的偏振分束器。偏振滤光器还可以包括用于将偏振角改变成更适合于处理的角度的波片器件。在实施例中，偏振滤光器可以与依赖于波长的空间滤光器集成，从而基本上形成集成的偏振滤光器和依赖于波长的空间滤光器元件。可替代地，它们可以间隔开，或以其它方式分离。
图10示出了根据另外的实施例的对准传感器AS的布置。关于图6描述了所述设备的主要元件，并且将不另外论述所述主要元件。需要注意的是，利用在原理上与在图7中图示的依赖于波长的空间滤光器700(而不是依赖于波长的空间滤光器632)类似但是添加了覆盖第二孔的偏振滤光器或偏振器1070的依赖于波长的空间滤光器来执行所述滤光。在示出的具体实施例中，偏振器1070布置成仅传递或通过具有垂直偏振态的辐射，所述辐射随后被处理系统428处理。
在该实施例中，照射辐射422包括照射(第一)偏振态PI，这里所述照射偏振态PI为水平偏振。这是由适当的偏振对准标记446散射的，所述对准标记446起到旋转被散射的辐射的偏振的作用。注意，在所述实施例中，偏振对准标记也可能倾向于将衍射阶的位置在角度上旋转(在空间上)45度从而在空间上与第二孔730相对应(可替代地，这可以通过改变照射模式/角度来实现)。得到的被散射的(例如，被衍射的)辐射426将包括散射辐射的第一部分和散射辐射的第二部分，所述第一部分是来自偏振对准标记446的光栅结构的期望的光栅散射辐射，所述第二部分是来自表面形貌的不期望的表面散射辐射。所述偏振准标记对所述偏振态的作用指的是散射辐射的第一部分(在下文中被认为是光栅散射的辐射)相对于(第一)照射偏振态PI将具有(第二)光栅散射偏振态PGS。在示出的示例中，光栅散射偏振态PGS已经被旋转90度到达垂直偏振态。注意，为了清楚起见，用于偏振箭头的坐标系不同于附图中其余部分的坐标系。因而，“竖直”偏振事实上可以指的是从页面向外的偏振方向。在任何情况下，实际的偏振方向都不重要，并且光栅散射偏振态PGS可以同样地处于对角偏振态，或不同于照射偏振态PI的偏振态的另一偏振态(线性偏振态或其它偏振态)。实际上，由于偏振对准标记的不完美的性质，光栅散射偏振态PGS将比图示的线性垂直偏振态更偏向于椭圆形。由于(相对浅的)表面形貌的所述性质，散射辐射的第二部分(在下文中被认为是表面散射辐射)将不趋向于具有偏振态的任何改变，使得表面散射偏振态PSS将基本上类似于照射偏振态PI(这里图示为水平偏振态)。
偏振滤光器1070的效果是传递或通过具有检测偏振态PD(第二偏振态)的辐射，所述检测偏振态PD与所述照射偏振态PI正交。因而，照射偏振态PI和检测偏振态PD包括相互正交的线性偏振态。因此，在偏振器1070实质上阻挡所有表面散射辐射(其具有基本上类似于照射偏振态PI的表面散射偏振态PSS)的同时，传递或通过至少一些光栅散射辐射(其具有基本上类似于检测偏振态PD的光栅散射偏振态PGS)，以被处理系统428处理。将立即明白的是，图示的方向在图中水平和竖直状态的图示方向完全是任意的并且可以交换。
在另一实施例中，照射偏振PI和检测偏振PD可以包括相互正交的对角偏振。技术人员将容易理解如何实施这样的变形例，例如通过将由照射源420发射的辐射的偏振态以及偏振滤光器1070的方向旋转45度。因而，(例如，通过自参考干涉仪)将检测偏振态PD转换成更适合于处理的对角偏振态PP的半波片435因此将是不需要的。
在又一实施例中，照射偏振态PI可以包括第一圆偏振态，并且对准标记配置成改变所述第一偏振态，使得光栅散射偏振态PGS是与第一圆偏振态相反的(顺时针方向对逆时针方向或反之亦然)第二圆偏振态。然后，四分之一波片可以将第一圆偏振态(即，表面散射偏振态PSS)和第二圆偏振态(即，光栅散射偏振态PGS)转换成相互正交的线性偏振态，从而能够实现它们被偏振滤光器1070分离。
在实施例中，偏振对准标记可以包括在一个或更多个层中形成的子分段光栅。这样的子分段光栅包括第一光栅节距，所述第一光栅节距具有大约类似于照射辐射的波长的数量级，因此是可操作的以衍射所述照射辐射。所述光栅的每个元件还可以被分段有子结构，所述子结构具有远小于所述照射辐射的波长的子波长节距。所述子波长节距应充分小以便不衍射所述照射辐射；然而，它将引起散射辐射的偏振态相对于照射辐射改变。这样的偏振对准标记是已知的并且将不再另外描述。子分段节距的方向将确定被赋予至散射辐射的偏振的方向。子分段节距的角度将确定所述偏振被旋转通过的角度。使用诸如对准标记446b之类的结构可以实现更大的功效(例如，偏振度从45度增加到90度)，其中主衍射光栅节距的每个“线”和“空间(或间隔)”中存在(正交的)子分段线(或其它特征)。以这种方式，更多的照射辐射的偏振态将改变成期望的偏振态。注意，术语“线”和“空间”按光栅惯例被使用，并且不一定包括字面上的线和空间，而是(例如)以其它方式形成对比的材料的区域。注意，在空间旋转也由偏振对准标记进行的情况下，所述空间旋转的度(或程度)和方向也由第一节距的角度确定。
建议图10的设备用于已经描述的两个操作阶段(例如，粗定位阶段和精定位阶段)。粗定位阶段包括测量粗对准标记，所述粗对准标记基本不改变散射辐射的偏振态。在许多应用中，粗对准标记不是在衬底上形成的，而是位于衬底平台上(例如，在透射图像传感器板上)。因而，这些对准标记难以改变并且当前不改变偏振态。同样，这些对准标记将不具有重叠(不透明的)层，因此表面散射在任何情况下不是问题。因此，对于粗对准，不采用如本文中公开的偏振滤光可能是有益的。这意味着可以利用在例如透射图像传感器(TIS)板上的(当前)非偏振改变的对准标记以本方式进行粗对准(例如，晶片平台的对准)。这简化了粗对准并且意味着所述信号的有效的部分不会被偏振滤光器过滤掉。这是优选的，因为在粗对准期间，可能需要捕获多个(例如第三和第五)衍射阶，因此可能需要足够宽的非偏振滤光孔。粗定位阶段因此与先前关于图7描述的所述实施例没有不同。精对准阶段也非常类似于先前描述的，但是建议在所述精对准阶段中的测量是采用偏振对准标记的且与偏振滤光器1070组合，从而采用所描述的偏振滤光。精对准标记典型地形成在衬底上并且遭受所描述的表面散射问题。
在作为被用于所描述的示例的依赖于波长的空间滤光器1000的替代方案中，可以与类似于上文描述的依赖于波长的空间滤光器632的依赖于波长的空间滤光器组合来进行偏振滤光。在这样的实施例中，如所描述的偏振滤光器可以覆盖孔641(除了二向色滤光器634部分地覆盖这些孔641之外)。可以在仅一个操作阶段、一些操作阶段或全部操作阶段中采用偏振滤光，这依赖于正在被测量的对准标记/量测标记的形式以及它们是否相对于散射辐射的第二部分改变散射辐射的第一部分的偏振态。
应理解，在任何上文描述的实施例中，在声明了偏振器件实质上透射特定偏振态的辐射的情况下，这将理解为相对于被阻挡的偏振态而言的，并且可能存在所述被透射的偏振态上的一些衰减。类似地，在二向色滤光器的被透射的波长范围中可能存在一些衰减。
应理解，依赖于波长的空间滤光器的实施例是示例性的。可以设想依赖于波长的空间滤光器的许多其它变形例，所述变形例有效地增加依赖于波长的零阶遮蔽件(例如，在在光轴上的遮蔽件)的尺寸。虽然图示的滤光器能够实现在两个正交方向上捕获衍射阶，但是这不是必要的，并且其它实施例可以使用1维的依赖于波长的空间滤光器，其例如可以包括仅沿一个方向(例如，仅沿X方向或仅沿Y方向)的孔。在第一空间滤光器和/或第二空间滤光器被示出为单个滤波器元件的情况下，其同样可以包括多个离散的滤波器元件。类似地，在第一空间滤光器和/或第二空间滤光器被示出为多个离散的滤波器元件的情况下，其可以代替地包括单个滤波器元件。
所建议的依赖于波长的空间滤光器可以被放置在对准传感器模块中而在测量相对大节距的光栅时不阻挡非零衍射阶。此外，所建议的依赖于波长的空间滤光器不具有移动的部分，因此对其使用将不存在热的或振动的影响。
除了具体地描述和图示的实施方式之外，在本公开的原理内还存在许多可能的实施方式。本公开的原理可以被应用于其它类型的量测传感器，不仅可以应用于对准传感器，还可以应用于具有自参考干涉仪(或者更通常地说，干涉仪)的量测传感器。量测标记可以包括对准标记(或更通常地说，依赖于量测应用的其它目标类型)，并且可以不同于示出的形式和原理。例如，量测标记可以在超过一个层中形成，以用于例如测量重叠。当量测标记被描述为具有周期性的主要结构(例如，光栅)时，其可以代替地包括非周期性的主要结构。虽然上文关于偏振滤光的实施例描述了量测标记相对于第二部分改变第一部分的偏振态时，其可以替代地是可操作的以相对于第一部分改变第二部分或将两个部分改变成不同的偏振态。波长范围可以不同于上文给出的示例。对于另外的应用，例如，可以认为将感测的波长扩展成紫外线波长。本公开的原理可以被用于与其它技术组合，包括在在先的专利中和在引言中提到的专利申请中介绍的那些技术。
尽管上文已经描述了本发明的具体施例，但应理解，本发明可以以与所描述的不同的方式来实践。
虽然上文描述为量测标记的示例结构是出于位置测量的目的而具体地设计和形成的光栅结构，但在其它实施例中，可以在形成于衬底上的器件的功能部分的结构上测量位置。许多器件具有规则的、类似光栅的结构。本发明所使用的术语“掩模”和“光栅结构”不需要特定地针对正在执行的测量来提供所述结构。不透明层不是唯一种类的可能由于在常规波长下观察标记而破坏所述标记的位置的测量的重叠结构。例如，表面粗糙部或冲突的周期性结构可能与一个或更多个波长下的测量干涉。
与如在衬底和图案形成装置上所实现的位置测量硬件和适当的周期性结构相关联的是，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令实施上文说明的类型的测量的方法以获得关于由重叠结构覆盖的标记的位置的信息。所述计算机程序可以由专用于此目的的处理器等执行，或集成在图1的控制单元LACU中。还可以提供其中存储有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)。
尽管上文已经在光学光刻术的背景下使用实施例进行了具体的参考，但是将理解，本发明的实施例可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下，不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到提供给衬底上的抗蚀剂层中，随后通过应用电磁辐射、热、压力或者它们的组合固化抗蚀剂。在抗蚀剂被固化之后所述图案形成装置被移出抗蚀剂，在抗蚀剂中留下图案。
本文使用的术语“辐射”和“束”包括全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在1-100nm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部件中的任何一种或其组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式光学部件。反射式部件可能用于在UV和/或EUV范围下操作的设备。
本发明的广度和范围不应受到上文描述的任何的示例性实施例的限制，而应仅由随附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (17)

1.一种量测传感器设备，包括：
照射系统，该照射系统能够操作以用照射辐射照射衬底上的量测标记；
光学收集系统，该光学收集系统配置成在由所述量测标记散射所述照射辐射之后收集散射辐射；和
依赖于波长的空间滤光器，该依赖于波长的空间滤光器用于在空间上过滤所述散射辐射，所述依赖于波长的空间滤光器具有依赖于所述散射辐射的波长的空间轮廓。
2.根据权利要求1所述的量测传感器设备，其中，所述依赖于波长的空间滤光器包括遮蔽件，所述遮蔽件用于阻挡所述散射辐射的零衍射阶，其中所述遮蔽件的有效尺寸取决于所述散射辐射的波长。
3.根据权利要求2所述的量测传感器设备，其中，所述遮蔽件的用于第一波长范围内的散射辐射的有效尺寸比用于第二波长范围内的散射辐射的有效尺寸大。
4.根据任一前述权利要求所述的量测传感器设备，其中，所述依赖于波长的空间滤光器包括至少一个第一滤光器和至少一个第二滤光器，所述第一滤光器能够操作以实质上透射所述第一波长范围内的散射辐射且实质上阻挡所述第二波长范围内的散射辐射，所述第二滤光器能够操作以实质上阻挡至少在所述第一波长范围和所述第二波长范围内的散射辐射。
5.根据权利要求4所述的量测传感器设备，其中，所述第一滤光器和所述第二滤光器在光学上被对准，并且所述第一滤光器和所述第二滤光器的组合限定用于所述第一波长范围内的散射辐射的第一空间轮廓和用于所述第二波长范围内的散射辐射的第二空间轮廓。
6.根据权利要求4或5所述的量测传感器设备，其中所述第一滤光器包括二向色滤光器。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的量测传感器设备，其中，所述量测传感器设备至少能够在利用所述第一波长范围内的照射辐射的第一操作阶段和利用所述第二波长范围的照射辐射的第二操作阶段操作。
8.根据权利要求7所述的量测传感器设备，其中，所述第一操作阶段包括在第一量测标记上执行的粗定位阶段，并且所述第二操作阶段包括在第二量测标记上执行的精定位阶段，所述第一量测标记的节距大于所述第二量测标记的节距。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的量测传感器设备，其中，所述第二滤光器包括用于透射所述散射辐射的非零衍射阶的一个或更多个孔，并且所述第一滤光器与所述一个或更多个孔中的每个孔的内部部分在光学上被对准。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的量测传感器设备，其中，所述第二滤光器包括用于将所述照射辐射引导到所述量测标记上的点反射镜。
11.根据任一前述权利要求所述的量测传感器设备，其中：
所述照射辐射包括第一偏振态；
所述量测标记包括主结构并且能够操作以相对于所述第一偏振态改变所述散射辐射的主要由所述主结构散射得到的第一部分的偏振态和主要由除所述主结构之外的一个或更多个特征散射得到的辐射的第二部分的偏振态中的至少一个，使得所述散射辐射的所述第一部分的偏振态不同于所述散射辐射的所述第二部分的偏振态；并且
所述依赖于波长的空间滤光器包括偏振滤光器，所述偏振滤光器能够操作以基于所述散射辐射的所述第二部分的偏振态基本上过滤掉所述散射辐射的所述第二部分。
12.根据权利要求11所述的量测传感器设备，其中，所述散射辐射的所述第二部分主要包括已经被在所述主结构上方形成的至少一个或更多个层散射的辐射。
13.根据权利要求11或12所述的量测传感器设备，其中，所述量测标记能够操作以在不改变所述散射辐射的所述第二部分的偏振态的同时将所述散射的辐射的所述第一部分的偏振态改变为第二偏振态，使得所述散射辐射的所述第二部分基本上保持所述第一偏振态。
14.根据权利要求13所述的量测传感器设备，其中，所述主结构包括具有能够操作以衍射所述照射辐射的第一节距的周期性结构，所述周期性结构被子分段有第二节距，所述第二节距能够操作以改变所述散射辐射的所述第一部分的偏振态。
15.一种量测传感器设备，其中，所述量测传感器设备至少能够在利用第一波长范围内的照射辐射的第一操作阶段和利用第二波长范围的照射辐射的第二操作阶段中操作，所述量测传感器设备包括：
照射系统，该照射系统能够操作以用所述照射辐射照射衬底上的量测标记；
光学收集系统，该光学收集系统配置成在由所述量测标记散射所述照射辐射之后收集散射辐射；和
依赖于波长的空间滤光器，该依赖于波长的空间滤光器用于在空间上过滤所述散射辐射，所述依赖于波长的空间滤光器具有依赖于所述散射辐射的波长的空间轮廓，并且包括至少一个第一滤光器和至少一个第二滤光器，所述第一滤光器能够操作以实质上透射所述第一波长范围内的散射辐射且实质上阻挡所述第二波长范围内的散射辐射，所述第二滤光器能够操作以实质上阻挡至少在所述第一波长范围和所述第二波长范围内的散射辐射；
其中，所述第二滤光器包括用于在所述第一操作阶段透射非零衍射阶的一个或更多个第一孔和用于在所述第二操作阶段透射非零衍射阶的一个或更多个第二孔；所述一个或更多个第一孔设置成比所述一个或更多个第二孔靠近所述量测传感器设备的光轴；所述第二滤光器基本上与所述一个或更多个第一孔在光学上对准，而与所述一个或更多个第二孔在光学上不对准；和
其中，所述依赖于波长的空间滤光器包括偏振滤光器，所述偏振滤光器能够操作以基于所述散射辐射的一部分的偏振态基本上过滤掉所述散射辐射的该部分；所述偏振滤光器基本上与所述一个或更多个第二孔在光学上对准，而与所述一个或更多个第一孔在光学上不对准。
16.一种制造器件的方法，其中，利用光刻过程将器件图案施加至衬底，所述方法包括参考形成在所述衬底上的一个或更多个量测标记的被测量的位置定位被施加的所述器件图案，所述被测量的位置是利用根据权利要求1至15中任一项所述的量测传感器系统得到的。
17.一种用于向衬底施加图案的光刻设备，所述光刻设备包括根据权利要求1至15中任一项所述的量测传感器系统。
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