CN112639623A - 用于测量对准标记的位置的设备和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量衬底上的多个对准标记中的每一个对准标记的位置的设备，包括：照射系统，配置成将来自辐射源的辐射束引导到所述衬底上的多个对准标记上；投影系统，配置成投影来自所述衬底的多个对准标记的图像，所述多个对准标记的图像是由所述辐射束从所述多个对准标记的衍射产生的；光学块，配置成调制来自所述衬底的被投影的多个对准标记的图像，并且其中所述光学块配置成将多个对准标记的被调制的图像投影到感测元件上以产生信号，多个对准标记中的每一个对准标记的位置根据所述信号被并行地确定。

Description

用于测量对准标记的位置的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月20日提交的欧洲申请号18189668.9的优先权，该欧洲申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于测量对准标记的位置的设备和方法。

背景技术

光刻设备是一种构造为将所期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)的图案(也经常称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

随着半导体制造过程继续进步，几十年来，电路元件的尺寸已经不断地减小的同时每一个器件的功能元件(诸如晶体管)的量已经在稳定地增加，这遵循着通常称为“莫尔定律(Moore’s law)”的趋势。为了跟上莫尔定律，半导体行业正在追寻实现创建越来越小的特征的技术。为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了在衬底上图案化的特征的最小尺寸。当前使用的典型的波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用极紫外(EUV)辐射(其波长在4nm至20nm的范围内，例如6.7nm或13.5nm)的光刻设备可用于在衬底上形成比使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备更小的特征。

在复杂器件的制造中，典型地执行许多光刻图案化步骤，由此在衬底上的连续层中形成功能特征。光刻设备的性能的关键方面因此是相对于先前层(通过同一设备或不同的光刻设备)所放置的特征正确且准确地置放所施加的图案的能力。为此，衬底设置有一组或更多组标记。每个标记都是一种其位置能够稍后使用位置传感器(典型地是光学位置传感器)进行测量的结构。位置传感器可以被称为“对准传感器”，标记可以被称为“对准标记”。

光刻设备可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过该对准传感器能够准确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉之类的光学现象，以根据形成在衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所述的自参考干涉仪。位置传感器的各种增强例和修改例已经得以开发，例如如US2015261097A1中所公开的。基于图像传感器的对准传感器也是已知的，并且能够应用于本发明。所有这些出版物的内容均通过引用并入本文。

标记或对准标记可以包括一系列栅条，所述一系列栅条形成在设置于衬底上的层上或该层中或(直接地)形成在衬底中。所述栅条可以规则地间隔开并且用作光栅线，使得该标记能够被认为是具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。依赖于这些光栅线的方向，可以将标记设计成允许测量沿着X轴或沿着Y轴(其大致垂直于X轴定向)的位置。包括相对于X轴和Y轴两者以+45度和/或-45度布置的栅条的标记允许使用US2009/195768A中所述的技术的组合后的X和Y测量，该申请通过引用并入本文。

对准传感器利用辐射斑光学地扫描每个标记，以获得周期性变化的信号，例如正弦波。分析该信号的相位以确定相对于对准传感器的标记的位置，并因此确定相对于对准传感器的衬底的位置，进而，该对准传感器相对于光刻设备的参考框架是固定的。可以提供与不同的(粗的和精的)标记尺寸有关的所谓的粗标记和精标记，使得对准传感器能够区分周期性信号的不同循环周期以及一循环周期内的确切位置(相位)。不同节距的标记也可以用于这一目的。

测量所述标记的位置还可以提供关于例如呈晶片栅格的形式的标记所设置于的衬底的变形的信息。可能由于例如衬底静电夹持至衬底台和/或当衬底暴露于辐射时衬底的加热而发生衬底的变形。

期望提供克服或缓解与现有技术相关联的一个或更多个问题的用于测量对准标记的位置的设备和方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于测量衬底上的多个对准标记中的每一个对准标记的位置的设备，包括：照射系统，配置成将辐射束引导到衬底上的多个对准标记上；投影系统，配置成投影来自所述衬底的多个对准标记的图像，所述多个对准标记的图像是由所述辐射束从所述多个对准标记衍射产生的；光学块，配置成调制来自所述衬底的被投影的多个对准标记的图像，以及其中所述光学块配置成将多个对准标记的被调制的图像投影到感测元件上，所述感测元件配置成产生信号，多个对准标记中的每一个对准标记的位置根据所述信号被并行地(即，基本上同时或同步)确定。

这具有如下优点：多个对准标记的位置能够被并行地(基本上同步或基本上同时)测量，并且多个对准标记能够并行地被对准。在不会对光刻设备的生产率产生影响的情况下，这会导致重叠的改善。此外，对准传感器可以测量衬底W上的任何对准标记，而对对准标记之间的距离没有任何限制。此外，不需要检测光栅。

所述投影系统可以配置成使得所述多个对准标记的图像被同步(时间上并行地或基本上同时地)投影到所述光学块中，所述光学块可以被配置成将所述多个对准标记的被调制的图像同步地投影到所述感测元件的不同部分上。

所述设备可以被配置为使得所述多个对准标记的被调制的图像顺序地投影到所述感测元件上。

所述投影系统可以包括光学元件，其中所述光学元件配置成将所述多个对准标记的图像顺序地引导到所述光学块中。

所述光学元件可以是可旋转的反射镜，其中所述可旋转的反射镜可以配置成在一角度范围内旋转，使得所述多个对准标记的图像被所述可旋转的反射镜顺序地反射到所述光学块中。

可旋转的反射镜可以配置成使得所述角度范围使被照射的对准标记的多个被对准的标记的所有图像从可旋转的反射镜反射到光学块中。

所述感测元件包括多个像素，其中所述感测元件的多个像素中的每一个像素可以被配置成将由所述辐射束扫描的多个对准标记中的每一个对准标记导致的周期性强度变化转换成所述信号，其中所述信号是所述多个对准标记中的每一个对准标记的独立的信号。使用具有多个像素的感测元件的优点是，通过选择适当的像素，可以将对准标记的被调制的图像与对准标记周围的其它图像分开。

所述光学模块可以配置成将所述多个对准标记的被调制的图像中的每一个被调制的图像投影到所述感测元件的多个像素的多于一个像素上，并且所述感测元件可以配置成将来自投影对准标记的被调制的图像的多个像素中的每一个像素的信号进行组合。

感测元件可以包括CCD传感器或CMOS传感器。

感测元件的大小可以基本上等于光刻设备的曝光狭缝的大小。

感测元件可以被配置为产生信号，使得它们可以被采样以构造用于多个对准标记中的每一个对准标记的独立的信号。

所述感测元件可以包括单个像素，其中所述单个像素可以被配置成将由被扫描的所述多个对准标记导致的周期性强度变化转换成所述信号，使得所述信号可以被采样以构造用于所述多个对准标记中的每一个对准标记的独立的信号。使用单个检测器(具有单个像素)的优点是，不会受到例如CCD检测器可能发生的像素信号漂移的影响。

所述投影系统还可以包括传输系统，所述传输系统配置成将所述辐射束从所述投影系统的第一光瞳平面传输到第二光瞳平面，其中所述光学元件位于所述第二光瞳平面中。

所述设备可以包括配置成产生辐射束的辐射源。

所述设备可以包括将辐射束引导到多个对准标记的透镜。

所述设备可以包括投影来自衬底的多个对准标记的图像的透镜。

透镜对于投影系统和照射系统两者可以是共用的。

光学块可以是自对准干涉仪。

根据本发明的第二方面，提供了一种量测设备，包括上述的设备。

根据本发明的第三方面，提供了一种光刻设备，布置成将图案从图案形成装置投影到衬底上，所述光刻设备包括上述的设备。

根据本发明的第四方面，提供了一种用于测量衬底上的多个对准标记中的每一个对准标记的位置的设备，包括：使用照射系统将来自辐射源的辐射束引导到所述衬底上的多个对准标记上；使用投影系统投影来自所述衬底的所述多个对准标记的图像，所述多个对准标记的图像由所述辐射束从所述多个对准标记的衍射产生；在光学块中调制来自所述衬底的被投影的所述多个对准标记的图像，以及将所述多个对准标记的被调制的图像投影到感测元件上以产生信号，根据所述信号并行地确定多个对准标记中的每一个对准标记的位置。

所述方法还可以包括：将所述多个对准标记的图像同步地投影到所述光学块中，并将所述多个对准标记的被调制的图像同步地投影到所述感测元件的不同部分上。

所述方法还包括：将多个对准标记的被调制的图像顺序地引导到感测元件上。

附图说明

现在将参考示意性附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

-图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备的示意图；

-图2描绘了已知的对准传感器AS的示意性框图；

-图3描绘了根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；

-图4描绘了根据本发明的实施例的对准传感器的感测元件的示意图；

-图5描绘了来自根据本发明的实施例的对准传感器的感测的电信号的图；

-图6描绘了根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；

-图7描绘了根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；

-图8描绘了根据本发明的实施例的用于确定对准标记的位置的方法的流程图。

具体实施方式

在本文中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外辐射(EUV，例如具有在约5-100nm的范围内的波长)。

如本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被宽泛地解释为指可以用于赋予入射辐射束图案化的横截面的通用图案形成装置，所述图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。术语“光阀”也能够用于这种内容背景中。除了经典掩模(透射式或反射式、二元式、相移式、混合式等)以外，其它此类图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。所述光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位器PM，所述第一定位器PM配置成根据特定参数来准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如晶片台)WT，构造成保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位器PW，所述第二定位器PW配置成根据特定参数来准确地定位衬底支撑件；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。

在操作中，照射系统IL接收来自辐射源SO的辐射束，例如经由束传递系统BD。照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、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、成形和/或控制辐射。照射器IL可以用于调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有所期望的空间和角度强度分布。

本文使用的术语“投影系统”PS应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统、反射折射型光学系统、变形型光学系统、磁性型光学系统、电磁型光学系统和/或静电型光学系统或其任意组合，对于所使用的曝光辐射和/或对于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素合适的。本文使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可以是这样一种类型：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PS和衬底W之间的空间-其也称为浸没光刻术。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，该专利通过引用并入本文。

光刻设备LA也可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT(也称为“双平台”)的类型。在这种“多平台”机器中，衬底支撑件WT可以并行使用，和/或准备随后曝光衬底W的步骤可以在位于一个衬底支撑件WT上的衬底W上进行，而另一个衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在另一衬底W上曝光图案。

除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量平台。测量平台被布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置成测量投影系统PS的性质或辐射束B的性质。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置成清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分，或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量平台可以在投影系统PS的下方移动。

在操作中，所述辐射束B入射到保持在掩模支撑件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MA上呈现的图案(设计布局)来图案化。在已横穿掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统PMS，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如，以便在被聚焦且对准的位置处将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，可以将第一定位器PM和可能的另一个位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于所述辐射束B的路径准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2将图案形成装置MA和衬底W对准。尽管所图示的衬底对准标记P1、P2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中。当衬底对准标记位于多个目标部分C之间时，衬底对准标记P1、P2被称作划线对准标记。

为了说明本发明，使用笛卡尔坐标系。笛卡尔坐标系具有三个轴，即，x轴、y轴和z轴。三个轴中的每一个轴正交于另外两个轴。围绕x轴旋转被称为Rx旋转。围绕y轴旋转被称为Ry旋转。围绕z轴旋转被称为Rz旋转。x轴和y轴限定水平面，而z轴沿竖直方向。笛卡尔坐标系并不限制本发明，仅用于说明目的。相反，另外的坐标系(诸如圆柱坐标系)可以用于说明本发明。笛卡尔坐标系的方向可以不同，例如使得z轴具有沿水平面的分量。

图2是已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图，诸如例如在US6961116中进行了描述，该专利通过引用并入本文。本发明不限于对准传感器的这一实施例，但还可以应用于其他类型的对准传感器。辐射源RSO提供一种或更多种波长的辐射束RB，该辐射束RB通过转向光学器件作为照射斑SP转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上。在这一示例中，转向光学器件包括斑反射镜SM和物镜OL。照射标记AM所使用的照射斑SP的直径可以稍微小于标记自身的宽度。

由标记AM衍射的辐射被准直(在该示例中经由物镜OL)成信息承载束IB。术语“衍射”旨在包括来自标记的零阶衍射(可以称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如上面提到的US6961116中公开的类型的自参考干涉仪SRI)利用自身干涉束IB，之后该束被光电探测器PD接收。可以包括附加的光学器件(未示出)以在辐射源RSO产生多于一种波长的情况下提供分离的束。光电探测器可以是单个元件，或者可以包括多个像素(如果期望)。光电探测器可以包括传感器阵列。

在该示例中包括斑反射镜SM的转向光学器件还可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，从而信息承载束IB仅包括来自标记AM的更高阶的衍射辐射(这对测量并不是必不可少的，但改善了信噪比)。

强度信号SI被供应给处理单元PU。通过块SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出了用于相对于参考框架RF的在衬底上的X位置和Y位置的值。

图示类型的单一测量仅将所述标记的位置固定在与所述标记的一个节距对应的某一范围内。较粗略的测量技术与该单一测量结合使用，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。为了增加准确度和/或鲁棒地测量标记，而不管制成所述标记的材料以及所述标记位于哪些材料上方或下方，可以在不同波长下重复处于较粗略的和/或较精细水平的同一过程。可以以光学的方式复用和解复用所述波长，以便同步地处理所述波长，和/或可利用分时或分频来复用所述波长。

在这一示例中，对准传感器和斑SP保持静止，而衬底W移动。因而，对准传感器能够刚性地且准确地安装至参考框架，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描所述标记AM。在此移动中，通过将衬底W安装在衬底支撑件和控制衬底支撑件移动的衬底定位系统上，控制所述衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在实施例中，一个或更多个(对准)标记设置衬底支撑件上。测量设置在衬底支撑件上的标记的位置允许校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置(例如相对于对准系统所连接到的框架)。测量设置在衬底上的对准标记的位置允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。

图3是用于测量衬底W上的多个对准标记12的位置的设备10的示意图。对准标记12可以是周期性光栅。可以称为对准传感器的设备10在这一实施例中类似于图2中示出的已知的对准传感器AS，但二者具有一些区别，这些区别将变得显而易见。

设备10是测量设备。设备10可以是或构成量测设备的一部分。量测设备用于确定衬底W的性质，尤其是确定不同衬底W的性质如何变化，或与同一衬底W的不同层相关联的性质如何在层间变化。设备10可以例如被集成至光刻设备LA或可以是独立的装置。应了解，所述设备可以位于光刻设备LA中的其他位置，和/或可以用于测量位于不同衬底上的不同的对准标记。

对准传感器10包括用于产生辐射束16的辐射源14，辐射束16被用于照射衬底W上的对准标记12。箭头示出了辐射束16通过对准传感器10的路径。在其它实施例中，辐射源14可以不是对准传感器14的部分，而是单独的部件。

辐射束16穿过照射系统18，照射系统18配置成将辐射束16引导至衬底W上的对准标记12。照射系统18包括第一照射透镜20和第二照射透镜22，第一照射透镜20使得辐射束16准直，第二照射透镜22将辐射束16聚焦到斑反射镜24上。辐射源14的图像被投影到斑反射镜24所在的光瞳平面中。斑反射镜24将辐射束16反射到透镜26上，透镜26被配置成将辐射束16引导(和聚焦)到三个对准标记12上。因此，三个对准标记12中的每一个对准标记被辐射束16平行地或并行地(基本同步/同时)照射。在这一实施例中，对准标记12每个都被来自同一辐射源14的辐射束16照射。然而，对准标记能够同时被不同的辐射源照射。然而，为了确定对准标记被对准的位置，同一辐射源或源的组合应该被用于所有对准标记。被成像的对准标记12可以位于衬底W上的任何位置，只要它们能够被入射的辐射束16照射，即，不需要对准标记12相距特定的最大或最小距离，以便被成像。应了解，在其它实施例中，透镜26可以将辐射束16引导到不同数目的对准标记12上，假设对准标记12是多于一个对准标记12，即，更一般地，透镜26将辐射束16引导到多个对准标记12上。

透镜26将辐射束16聚焦成照射斑，照射斑入射于对准标记12上。对准标记12位于透镜26的聚焦(物体)平面中。照射斑的直径可以小于在X方向上光栅(对准标记12)的宽度。辐射束16横跨衬底W进行扫描(即，衬底W相对于对准传感器10沿着X方向移动)，使得照射斑横跨光栅12移动。辐射束16被光栅12衍射，被衍射的辐射可以被认为是多个光栅12的图像。

光栅12(对准标记)的图像由将辐射束16引导到对准标记12上的同一透镜26投影。透镜26可以更一般地称为投影系统(或投影系统的一部分)，其在其它实施例中可以包括其它光学部件。在该实施例中，透镜26对于投影系统和照射系统两者是共用的。应了解，在其它实施例中，投影系统和照射系统可以不具有一个或更多个共用的透镜，并且可以由附加的或不同的光学部件形成以引导和投影辐射束，例如反射镜和分束器。

透镜26被配置为将对准标记12的图像投影到光学块28中，如图3中的箭头所示。光学块28是自参考干涉仪，并且可以被认为以与图2中的自参考干涉仪SRI相同或相似的方式起作用。例如，光学块28可以在光瞳平面处将辐射束分隔成两束，并且在再次将被分隔的束进行组合之前，在被分隔的束之间施加180度的旋转。这可以被认为是辐射束的调制。换句话说，光学块28被配置为调制多个对准标记12的图像以产生多个对准标记12的被调制的图像。这些被调制的图像允许如将要描述的那样确定对准标记12的位置。将了解，在其它实施例中，可以以不同的方式来执行对准标记的图像的调制。

光学块28的使用意味着不需要使用检测板(光栅)来确定对准标记12的位置。检测板典型地是具有检测图案的透明板，该检测图案与对准标记的图像相同。检测板用于在由于对准标记扫描而沿着检测板的图像移动期间调制对准标记光束。检测器将收集由检测板调制的图像光束，并将其转换为电信号，然后可用于确定对准标记的位置。

在设备(对准传感器)10的该实施例中，多个对准标记12的图像中的每一个对准标记并行地(即，基本同步(同时))被投影到光学块28中。然后，光学块28调制对准标记12的图像，并产生对准标记12的调制图像。然后，对准标记12的被调制的图像从光学块28并行地(即，同时地)投影到感测元件30上，如图3中的箭头所示。

感测元件30可以是强度传感器。对准标记12的被调制的图像中的每一个被调制的图像被投影到感测元件30的不同部分上。感测元件30具有多个像素32。因此，对准标记12的被调制的图像被投影到感测元件30的不同像素32上。感测元件30的大小可以基本上等于光刻设备LA的曝光狭缝的大小。在该实施例中，感测元件30是CCD传感器，但是应了解，在其它实施例中，感测元件30可以是不同类型的传感器，诸如CMOS传感器。

图4示出了感测元件30的示意图，其中在多个像素32上示出了对准标记12的被调制的图像。光学块28被配置为将对准标记12的被调制的图像投影到感测元件30的多个像素32中的多于一个像素上。对准标记的被调制的图像在感测元件30的图像传感器平面处被显示为周期性光栅图像34。光栅图像34被示为在感测元件30的不同部分上，并且因此覆盖了不同的像素32。也就是，每个光栅图像34覆盖多个像素32，并且不覆盖与任何其它光栅图像34相同的像素32。因此，可以分别且独立于其它光栅图像34中的每个光栅图像来分析每个光栅图像34。由于两个原因，光栅图像34中的每一个光栅图像应被投影到不同的像素32上。首先，如果它们在同一像素32上，则将难以分离重叠的对准标记12的信号以确定对准标记12的被对准的位置。其次，光学设计假设，与实际对准标记12相对于对准传感器10的光轴位于的位置相比，光栅图像34相对于感测元件30的中心位于相同的位置(即对准传感器10的透镜26的光轴)。在其它实施例中，只要光栅图像34是不同的像素，则光栅图像34都可以位于一个像素上。

如前所述，辐射束16从对准标记12衍射以产生对准标记12的图像。在对准标记12的扫描期间，照射斑在对准标记12上移动，当由感测元件30观察时，照射斑在对准标记12的被调制的图像中产生周期性的强度变化。对准标记12相对于对准传感器10的扫描导致从零到最大强度的周期性强度变化(在对准标记12的图像调制之后)。上面参考图2更详细地描述了该过程。

感测元件30的多个像素32中的每个像素被配置为将由辐射束16扫描的多个对准标记12中的每个对准标记导致的周期性强度变化转换成电信号(在下文中称为信号)。由于对准标记12的被调制的图像位于感测元件30的分离的部分上，即覆盖不同的像素32，因此可以分别且独立地分析对准标记的被调制的图像的每一个被调制的图像。也就是，对于多个对准标记12中的每一个对准标记，信号可以被认为是独立的信号。通过使用这些信号，并行地(即同步或同时)确定对准标记12中的每一个对准标记的位置。

如上所述，对准标记12的被调制的图像中的每一个被调制的图像入射在(即投影到)传感元件30上的多于一个像素32上。感测元件30(或另一个单独的部件)被配置为将来自对准标记12的被调制的图像被投影到其上的多个像素32中的每个像素的信号进行组合。因此，来自对准标记12的被调制的图像所覆盖的所有像素32的信号可以被组合为一个电信号。

图5示出了从感测元件30上的对准标记12中的一个对准标记的被调制的图像产生的周期性电信号的示例。在对准标记12的扫描期间，被调制的图像的电信号的幅值从最大值改变为最小值。在这种情况下，将使用整个光瞳，因此信号形状为三角形。多个对准标记12中的每一个对准标记将存在单独的相似的周期性电信号。因此，对准标记12中的每一个对准标记可以被独立地处理。因此，多个对准标记12中的每一个对准标记的被对准的位置被独立地确定。对准标记12的位置的这一确定是并行或平行地发生的，因为并行地(即，同时)对多个对准标记12进行成像。在其它实施例中，电信号的形状可以是不同的(虽然在对准标记的扫描期间仍从最大值和最小值变化)。例如，在单次使用对准标记的图像的情况下(例如一阶或三阶等)，信号可以是正弦波。

信号(其是强度信号)被供应给处理单元(未示出)。处理单元对信号进行计算处理并输出对准标记12的位置。处理单元可以输出相对于参考框架的衬底W上的X和Y位置的值。对准标记12的位置可以相对于衬底W设置。

一旦已经确定了对准标记12的位置(即，由对准传感器10测量)，就可以将对准标记12的被对准的位置用于例如定位衬底W上相对于彼此的图案(层)。处理单元可以用于对准所述对准标记12。为了在衬底W上对准图案，需要多于一个对准标记。由于已经并行地确定了对准标记12的位置，所以对准标记12的对准也可以平行地或并行地进行。也就是，可以在多个对准标记12上进行并行或同步的对准。

其它测量设备可以包括具有单个检测器(具有或不具有检测板)的单通道对准传感器，并且可能不能并行地对准多个对准标记。可替代地，其它测量设备可以包括具有若干个对准传感器通道和若干个检测器的多个通道对准传感器。这些多通道对准传感器可以并行地对准多个对准标记，但是不能将对准标记对准衬底W上的任意位置。这是因为对准标记之间的距离必须至少比对准传感器通道之间的距离短。对准标记必须位于通道的中心，通道的部件所需的大小决定了对准标记必须相隔特定的距离。最小的距离依赖于对准传感器的光学设计。它必须足够大以防止相邻标记之间发生光学串扰。通常，在这种意义上，最小距离比传感器通道之间的距离小得多，传感器通道之间的距离依赖于硬件设计(透镜、反射镜大小等)。最小的距离还依赖于使用对准标记对准的位置而具有足够的准确度，以进行晶片对准所需的距离。例如，如果仅使用两个对准标记来对准晶片，则标记之间的距离通常必须在数十毫米的范围内，以便能够准确地计算例如晶片的旋转和膨胀。

对准传感器10的优点在于，其可以并行地(即，同时)测量多个对准标记12的位置，并且并行地对准多个对准标记12。另外，对准传感器10不需要检测光栅(板)。此外，对准传感器10可以测量衬底W上的任何对准标记12，而对对准标记12之间的距离没有任何限制。此外，对准传感器10没有多通道对准传感器那么复杂，至少是因为需要较少的部件(例如，不需要多个通道的重复部件)。例如，对准传感器10可以仅具有一个光学块和一个检测器，而多通道对准传感器可以具有若干个光学块和若干个检测器(即，针对每个对准标记并行地成像一个光学块和一个检测器)。

对准传感器10可以具有可以在衬底图测量期间执行并行对准的优点。因此，可以在不降低生产率的情况下增加被对准的对准标记的数目。另外，对于包括具有测量侧受限序列的多个衬底或晶片的批次，可以实现生产率改善。光刻设备可以具有测量侧和曝光侧。光刻设备的测量侧的衬底处理序列可以是：将晶片加载到晶片平台卡盘的晶片台上，然后测量晶片z(高度)图，然后在多个晶片对准标记上进行晶片对准。同时，装载有晶片的另一个晶片平台卡盘执行曝光侧晶片处理序列：批次校正(在该批次的第一个晶片上)，然后进行掩模版对准，然后进行晶片曝光。如果测量侧序列的持续时间长于曝光侧序列，则这一批次的处理序列被称为测量侧限制的(从生产率的角度来看)。使用对准传感器10意味着晶片z(高度)图的测量可以与晶片对准同时进行。因此，由于并行地执行对准标记的对准，所以晶片对准标记的数目也不会对生产率产生影响。对准传感器10的使用可以导致重叠改善。对准传感器10的优点在于，光刻设备的生产率独立于对准标记的数目。光刻设备的重叠性能依赖于对准标记的数目。也就是，测量的对准标记越多，晶片对准就越准确，因此改善了重叠性能。因此，对准传感器10提供了在不影响光刻设备的生产率的情况下改善重叠性能的优点。

图6示出了测量设备的另一实施例，该测量设备是对准传感器40。对准传感器40类似于图3所示的对准传感器10，并且相同的附图标记已被用于相同的部件。

对准传感器40包括与图3相同的辐射源14和照射系统18。对准传感器40具有投影系统42，该投影系统42包括透镜26，但是还包括将要描述的附加部件。投影系统42包括传输系统44(光学系统)，该传输系统44配置成将辐射束(即对准标记12的图像)从投影系统42的第一光瞳平面PP1传输到第二光瞳平面PP2。第二光瞳平面PP2是投影系统的光瞳或对准传感器10的光瞳平面。这是对准标记12的衍射阶所在的光瞳平面。光瞳平面PP2原理上与光瞳平面PP1相同。位于第二光瞳平面PP2中的是一光学元件，该光学元件在该实施例中是可旋转的反射镜46。为了将对准标记12顺序地成像在光学块28和感测元件50上，可旋转的反射镜46必须位于光瞳平面处。因为第一光瞳平面PP1已经被斑反射镜24占据，所以传输系统用于创建第二光瞳平面PP2，可旋转的反射镜46位于第二光瞳平面PP2中。确切的光学布局并不重要，即，许多不同的光学布局可以提供所期望的结果。

可旋转的反射镜46在多个对准标记12的扫描期间执行旋转扫描。可旋转的反射镜46可以在双向箭头48所示的方向上旋转一角度范围。这意味着可旋转的反射镜46可以在该角度范围内旋转，以使得多个对准标记12的图像被可旋转的反射镜46顺序地反射到光学块28中(即，对准标记中的一个对准标记的仅一个图像被允许一次进入该光学块)。因此，可旋转的反射镜46(光学元件)被配置为将多个对准标记12的图像顺序地引导到光学块28中。可旋转的反射镜46每次仅反射对准标记12(光束)的单个图像，并且阻挡对准标记12(光束)的其它图像。

可旋转的反射镜46的运动范围可以被选择成使得其覆盖在衬底W上沿X轴照射的对准标记12的所有图像。换句话说，可旋转的反射镜46的角度范围使得被照射的对准标记12中的多个对准标记12的所有图像可以从可旋转的反射镜46反射(被反射)到光学块28中。在其它实施例中，在所描述的设定中，光学元件可以不是可旋转的反射镜，并且可以存在被配置为阻挡除了对准标记的图像中的一个图像之外的所有图像的其它光学部件。作为示例，为了阻挡对准标记的图像中的除了一个图像之外的所有图像，可以使光学块和感测元件作为单个主体围绕光瞳PP2的中心旋转。更一般地，对准传感器10可以被配置为使得对准标记的被调制的图像顺序地投影到感测元件上。

由于多个对准标记12中只有一个图像被引导到光学块28中，因此在光学块28中，任何一次都仅对对准标记12中的单个图像进行调制。也就是，在光学块28中顺序地调制多个对准标记12的图像。因此，对准标记12的仅单个被调制的图像在任何一次入射到对准传感器40的感测元件50上，即，对准标记12的被调制的图像顺序地投影到感测元件50上。如前所述，光学布置(例如，传输系统44和可旋转的反射镜46)的准确配置并不重要。然而，在该实施例中，重要的是将对准标记12的图像顺序地放置在光学块28中并放置在感测元件50上，因为单个检测器用作感测元件50。

在该实施例中，感测元件50是单个检测器，即，具有单个像素52。感测元件50可以是强度传感器。单个像素52被配置为将由多个对准标记12被扫描引起的周期性强度变化转换成电信号(类似于图5所示的电信号)。由于在特定的时间段期间对准标记12仅单个被调制的图像入射在感测元件50上，因此在该时间段内产生的信号将仅是由于来自该特定的对准标记12的周期性强度变化。当可旋转的反射镜46旋转时，然后来自其它对准标记12的贡献将被包括在该信号中。然后可以对该信号进行采样，以隔离每个对准标记12的一个或更多个样本，其可以用于构造每个对准标记12的信号。也就是，可以对信号进行采样以针对多个对准标记12中的每一个对准标记构造独立的信号。该采样可以在处理单元或另一部件中完成。

一旦获得了每个对准标记12的信号，就可以以与对准传感器10类似的方式确定每个对准标记12的位置。也就是，将信号(其是强度信号)供应给处理单元以对信号进行计算处理并输出对准标记12的位置。处理单元可以输出相对于参考框架的衬底W上的X和Y位置的值。对准标记12的位置可以相对于衬底W设置。

因此，多个对准标记12中的每一个对准标记的位置被独立地确定。对准标记12的位置的这一确定是并行或平行地发生的，因为多于一个对准标记12会针对衬底W扫描的每个采样位置顺序地进行成像。因为在衬底W相对于对准传感器40的单次扫描期间收集了所有信号样本，所以并行地(即基本同步地)导出多个对准标记12的位置。通过使用并行地确定的对准标记12的位置，对准标记12的对准也可以并行地进行。

对准传感器40允许使用作为单个检测器的感测元件50在多个对准标记12上进行并行或同步的对准。使用单个检测器的优点是，不会受到CCD检测器可能发生的像素信号漂移的影响。此外，使用单个检测器的优点是可以使用便宜的检测器。

图7示出了测量设备的另一实施例，该测量设备是对准传感器60。对准传感器60与图6中的对准传感器40相同，除了它具有不同的感测元件。相同的附图标记用于与图6中相同的部件，并且为了简洁起见将不再描述。

对准传感器60包括感测元件62，感测元件62在该实施例中具有多个像素64。感测元件62可以与图3中的感测元件30相同或可以例如不同，例如具有不同数目的像素等。感测元件62可以是CCD传感器或CMOS传感器。

对准传感器60以与对准传感器40相同的方式起作用，即，多个对准标记12的被调制的图像从光学块28被顺序地投影到感测元件62上。然而，在这种情况下，对准标记12的被调制的图像可以覆盖感测元件62上的多于一个像素64。在该实施例中，同样重要的是将对准标记12的图像顺序地放置到光学块28中并投影到感测元件60上，因为相同的像素64用于每个对准标记12。

感测元件62的多个像素64中的每一个像素被配置为将由辐射束16扫描的多个对准标记12中的每一个对准标记导致的周期性强度变化转换为电信号。感测元件62被配置为产生信号，使得它们可以被采样以构造用于多个对准标记12中的每一个对准标记的独立的信号。因此，该信号是多个对准标记12中的每一个对准标记的独立的信号，其方式与关于图6的感测元件50所描述的相同。

然而，光学块28被配置为将多个对准标记的每个调制图像(尽管顺序地)投影到感测元件62的多于一个像素64上。感测元件62被配置为以与关于图3中的感测元件30所描述的相似的方式将来自对准标记12的被调制的图像被投影到的每个像素的信号组合为组合后的电信号。

一个或更多个信号(强度信号)被供应给处理单元(未示出)，以对信号进行计算处理并输出对准标记12的位置。然后可以使用对准标记12的位置来并行地对准所述对准标记12。

使用感测元件62(多个像素)而不是感测元件50(具有单个检测器)的优点是，对准标记12的被调制的图像可以通过选择适当的像素来与对准标记12周围的其它图像分开。这样，可以消除或至少减少对准标记12周围的相邻结构对信号的任何影响。

图8是表示根据本发明的实施例的方法的流程图。相对于图3中的对准传感器10描述了该方法，但是应了解，该方法适用于具有必要改变的其它实施例。

该方法的第一步是在辐射源14中产生辐射束16(图8的步骤100)。通过使用照射系统18将辐射束16从辐射源引导到衬底W上的多个对准标记12上(图8中的步骤102)。辐射束16被对准标记12(光栅)衍射，其产生对准标记12的图像。该方法还包括：使用投影系统(透镜26)将对准标记12的图像(即，辐射束)从衬底W(图8中的步骤104)并行地(即，同时地)投影到光学块28中。

一旦保持关于对准标记12的图像的信息的辐射束进入光学块28中，光学块28就调制对准标记的图像(图8中的步骤106)。光学块28可以是例如自参考干涉仪。在这种情况下，通过对对准标记12的图像的辐射束进行分隔和自对准来进行调制。

下一步是，将多个对准标记12的被调制的图像并行地(即，基本上同步或同时)投影到感测元件30上(图8中的步骤108)。感测元件30的像素32将由辐射束16扫描的每个对准标记12导致的周期性强度变化转换成电信号(图8中的步骤110)。该信号是针对每个对准标记12的独立的信号。

下一步是，并行地确定多个对准标记12中的每一个对准标记的位置(图8中的步骤112)。这可以通过在处理单元中计算处理信号来完成。最后，最后一步是，在衬底W上并行地对准多个对准标记12。这可以通过使用对准标记的位置来对准所述对准标记(例如对准衬底W上的图案)的任何方法来完成。

尽管在本文中可以对在IC制造中的光刻设备的使用进行了具体的参考，但是应该理解，本文描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括集成光学系统，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(LCD)、薄膜磁头等的制造。

尽管可以在本文中在光刻设备的内容背景下对本发明的实施例进行具体的参考，但是本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以构成掩模检查设备、量测设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上文可以已经在光学光刻术的内容背景下对本发明的实施例的使用进行具体的参考，但是应当了解，在内容背景允许的情况下，本发明不限于光学光刻术，并可以用于其它应用，例如压印光刻术。

在该内容背景允许的情况下，本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任意组合来实施。本发明的实施例还可以被实施为储存在机器可读介质上的指令，该指令可以被一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于储存或传输呈机器(例如，计算装置)可读的形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁性储存介质；光学储存介质；闪速存储装置；电学、光学、声学或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例行程序、指令在本文中可以被描述为执行某些动作。但是，应当了解，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算装置、处理器、控制器或执行固件、软件、例行程序、指令等的或其它设备来产生，在执行所述动作时可使致动器或其它装置与实体世界互动的其它装置。

虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是将了解，本发明可以以与上述不同的方式来实践。上文的描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种用于测量衬底上的多个对准标记中的每一个对准标记的位置的设备，包括：

照射系统，所述照射系统被配置成将辐射束引导到所述衬底上的所述多个对准标记上，

投影系统，所述投影系统被配置成投影来自所述衬底的所述多个对准标记的图像，所述多个对准标记的图像是由所述辐射束从所述多个对准标记的衍射产生的；

光学块，所述光学块被配置成调制来自所述衬底的被投影的所述多个对准标记的图像，并且

其中所述光学块被配置成将所述多个对准标记的被调制的图像投影到感测元件上，所述感测元件被配置成产生信号，所述多个对准标记中的每一个对准标记的位置根据所述信号被并行地确定。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述投影系统被配置成使得所述多个对准标记的图像被同时投影到所述光学块中，并且所述光学块被配置成将所述多个对准标记的被调制的图像同时投影到所述感测元件的不同部分上。

3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置为使得所述多个对准标记的被调制的图像被顺序地投影到所述感测元件上。

4.根据权利要求3所述的设备，其中所述投影系统包括光学元件，其中所述光学元件被配置成将所述多个对准标记的图像顺序地引导到所述光学块中。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述光学元件是能够旋转的反射镜，其中所述能够旋转的反射镜被配置成在一角度范围内旋转，使得所述多个对准标记的图像被所述能够旋转的反射镜顺序地反射到所述光学块中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述感测元件包括多个像素，其中所述感测元件的所述多个像素中的每一个像素被配置成将由被所述辐射束扫描的所述多个对准标记中的每一个对准标记导致的周期性强度变化转换成所述信号，其中所述信号是针对所述多个对准标记中的每一个对准标记的独立的信号。

7.根据权利要求6所述的设备，其中所述光学模块被配置成将所述多个对准标记的被调制的图像中的每一个被调制的图像投影到所述感测元件的所述多个像素中的多于一个像素上，并且所述感测元件被配置成将来自所述对准标记的被调制的图像被投影到其上的所述多个像素中的每一个像素的信号进行组合。

8.根据从属于权利要求3-5时的权利要求6或7所述的设备，其中所述感测元件被配置为产生所述信号，使得所述信号能够被采样以针对所述多个对准标记中的每一个对准标记构造所述独立的信号。

9.根据权利要求3-5所述的设备，其中所述感测元件包括单个像素，其中所述单个像素被配置成将由被扫描的所述多个对准标记导致的周期性强度变化转换成所述信号，使得所述信号能够被采样以针对所述多个对准标记中的每一个对准标记构造独立的信号。

10.根据权利要求3-5和9中任一项所述的设备，其中所述投影系统还包括传输系统，所述传输系统被配置成将所述辐射束从所述投影系统的第一光瞳平面传输到第二光瞳平面，其中所述光学元件位于所述第二光瞳平面中。

11.一种量测设备，所述量测设备包括根据前述权利要求中任一项所述的设备。

12.一种光刻设备，所述光刻设备被布置成将来自图案形成装置的图案投影到衬底上，所述光刻设备包括根据权利要求1-10中任一项所述的设备。

13.一种测量衬底上的多个对准标记中的每一个对准标记的位置的方法，所述方法包括：

使用照射系统将来自辐射源的辐射束引导到所述衬底上的所述多个对准标记上；

使用投影系统投影来自所述衬底的所述多个对准标记的图像，所述多个对准标记的图像由所述辐射束从所述多个对准标记的衍射产生；

在光学块中调制来自所述衬底的被投影的所述多个对准标记的图像，以及

将所述多个对准标记的被调制的图像投影到感测元件上以产生信号，根据所述信号并行地确定所述多个对准标记中的每一个对准标记的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：将所述多个对准标记的图像同时投影到所述光学块中，以及将所述多个对准标记的被调制的图像同时投影到所述感测元件的不同部分上。

15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括将所述多个对准标记的被调制的图像顺序地引导到所述感测元件上。

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