CN112771450B - 用于测量标记的位置的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包括：照射系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成在空间上串联地分布的多个照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个照射斑顺序地入射到所述标记上；和投影系统，所述投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述标记衍射的辐射，通过由所述标记对所述多个照射斑的衍射来产生衍射辐射；其中所述投影系统还被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的信号，所述信号被组合以确定所述标记的位置。

Description

用于测量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2018年9月27日递交的欧洲申请18197076.5的优先权，所述欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于测量标记的位置的设备和方法。
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。光刻设备例如能够用于制造集成电路(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的不断发展，电路元件的尺寸不断减小，而每个器件的功能元件(例如晶体管)的数量已经稳定地增加了数十年，这遵循通常被称为“摩尔定律”的趋势。为了跟上摩尔定律，半导体行业正在寻求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。该辐射的波长决定了被图案化在衬底上的特征的最小尺寸。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-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，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的关键方面是相对于在先的层中(通过同一设备或不同的光刻设备)所铺设的特征正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底设置有一组或更多组标记。每个标记都是一种结构，其位置可以在以后使用位置传感器(典型地是光学位置传感器)进行测量。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，通过该对准传感器可以准确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。一个或更多个(例如，多个)对准传感器可以是分开的测量、或对准、系统或分开的量测工具的部分。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉的光学现象来从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。例如，如US2015261097A1中公开的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些公开的内容均通过引用并入本文。
标记或对准标记可包括一系列栅条，这些栅条形成在衬底上提供的层上或之中，或者(直接)形成在衬底中。栅条可以规则地间隔开并且用作光栅线，使得标记可以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，可以设计标记以允许沿着X轴或沿着Y轴(其实质上垂直于X轴定向)的位置的测量。包括相对于X轴和Y轴以+45度和/或-45度布置的栅条的标记允许使用US2009/195768A(其通过引用被并入)中所述的技术进行组合的X和Y测量。
对准传感器用辐射的斑光学地扫描每个标记，以获得周期变化的信号，例如正弦波。分析该信号的相位，以确定标记相对于对准传感器的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，对准传感器又相对于光刻设备的参考框架固定。可以提供与不同的(粗略和精细的)标记尺寸相关的所谓的粗略标记和精细标记，从而对准传感器可以区分周期性信号的不同循环以及一循环中的确切位置(相位)。不同节距的标记也可以用于此目的。
测量标记的位置还可以提供关于其上设置有标记的衬底的变形的信息，例如以晶片栅格的形式。衬底的变形例如可以通过衬底到衬底台的静电夹持和/或当衬底暴露于辐射时衬底的加热来发生。
期望提供一种用于测量对准标记的位置的设备和方法，其克服或减轻了与现有技术相关联的一个或更多个问题。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包括：照射系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成在空间上串联地分布的多个照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个照射斑顺序地入射到所述标记上；和投影系统，所述投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述标记衍射的辐射，通过由所述标记对所述多个照射斑的衍射来产生衍射辐射；其中所述投影系统还被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的信号，所述信号被组合以确定所述标记的位置。
这具有可以用良好的再现性实现高速对准的优点。机器动态(例如，振动)可以被平均化，这减轻了机器动态的再现性影响。此外，足够的光子可以被测量，使得实现良好的再现性。
所述照射系统可被配置成引导所述多个照射斑，使得所述衬底上的相邻的照射斑之间存在间隙。
所述照射系统可被配置成引导所述多个照射斑，使得所述衬底上的相邻的照射斑之间不存在间隙。
所述照射系统可被配置成使得所述多个照射斑中的仅一个照射斑同时入射到所述标记上。
所述照射系统和所述投影系统可以具有至少一个公共的光学部件。
所述设备可以用于测量多个标记的位置，其中所述照射系统可被配置成使得当所述多个照射斑中的一个照射斑入射到所述标记上时，所述多个照射斑中的另一个照射斑入射到另外的标记上，以便确定所述另外的标记的位置。
所述投影系统可包括能够移动的反射镜，所述能够移动的反射镜被配置成被移动使得来自所述多个照射斑中的每个照射斑的所述衍射辐射入射到所述检测系统的一个检测器上。
所述照射系统可被配置成使得多个辐射束被调节以各自形成所述多个照射斑中的至少一个照射斑。
所述照射系统可包括多个照射子系统，其中每个照射子系统可被配置成调节来自多个辐射源中的单独一个辐射源的至少一个辐射束以形成所述多个照射斑中的至少一个照射斑。
所述检测系统可被配置成产生信号，以便确定与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的标记的临时位置并且将所述临时位置组合以产生所述标记的位置。
所述检测系统可被配置成产生待组合成组合信号的信号，所述组合信号被用于产生所述标记的位置。
根据本发明的一方面，提供一种用于测量衬底上的标记的位置的测量系统，所述测量系统包括：根据任一前述权利要求所述的设备；和额外的设备，其中所述额外的设备包括：额外的照射系统，所述额外的照射系统被配置成调节至少一个额外的辐射束以形成在空间上串联地分布的多个额外的照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个额外的照射斑被顺序地入射到额外的标记上；和额外的投影系统，所述额外的投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述额外的标记衍射的辐射，通过由所述额外的标记对所述多个额外的照射斑的衍射来产生衍射辐射；其中所述额外的投影系统被配置成调制所述衍射辐射且将经调制的辐射投影到额外的检测系统上，所述额外的检测系统被配置成产生与所述多个额外的照射斑中的每个额外的照射斑相对应的信号，所述信号被组合以与由所述设备进行的所述标记的位置的测量并行地确定所述额外的标记的位置。
根据本发明的一方面，提供一种量测设备，所述量测设备包括如上文描述的所述设备和/或如上文描述的所述测量系统。
根据本发明的一方面，提供一种光刻设备，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，所述光刻设备包括如上文描述的所述设备和/或如上文描述的所述测量系统。
根据本发明的一方面，提供一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包括：照射系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成照射带，使得在所述衬底的扫描期间所述照射带入射到所述标记上；和投影系统，所述投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述标记衍射的辐射，通过由所述标记对所述照射带的衍射来产生衍射辐射；其中所述投影系统还被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述照射带相对应的信号以确定所述标记的位置。
根据本发明的一方面，提供一种用于测量衬底上的标记的位置的方法，所述方法包括：提供测量光学系统，所述测量光学系统包括照射系统和投影系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成在空间上串联地分布的多个照射斑，所述投影系统被配置成对从所述标记衍射的辐射进行投影和调制；扫描所述衬底，使得所述多个照射斑被顺序地入射到所述标记上；从由所述标记衍射的所述多个照射斑产生衍射辐射；将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的信号，所述信号被组合以确定所述标记的位置。
所述方法还可以包括相对于所述设备以恒定速度扫描所述衬底。
附图说明
现在将参考随附的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性概略图；
-图2描绘已知的对准传感器AS的示意性框图；
-图3描绘根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；
-图4描绘根据本发明的实施例的基于微衍射的重叠(μDBO)标记的示意图；
-图5描绘根据本发明的实施例的衬底和由所述对准传感器产生的一系列照射斑的示意图；
-图6描绘根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；
-图7描绘根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；
-图8描绘根据本发明的实施例的对准传感器的示意图；
-图9描绘根据本发明的实施例的对准传感器中的光瞳平面的示意图。
具体实施方式
在本文件中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5至100nm的范围内的波长)。
如本发明中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指可以用以向入射辐射束赋予被图案化的横截面的通用图案形成装置，所述被图案化的横截面对应于将要在衬底的目标部分中产生的图案。在这种情境中，也可以使用术语“光阀”。除经典掩模(透射型或反射型掩模、二元掩模、相移掩模、混合型掩模等等)以外，其它这样的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示意性地描绘光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也被称作照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)MT，所述掩模支撑件构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA且连接至被配置成根据某些参数准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如晶片台)WT，所述衬底支撑件构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W且连接至被配置成根据某些参数准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
在操作中，所述照射系统IL例如经由束传递系统BD从辐射源SO接收辐射束。所述照射系统IL可以包括用于引导、成形、和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件，或其任何组合。照射器IL可以被用于调节所述辐射束B以在其横截面中在图案形成装置MA的平面处具有期望的空间强度分布和角强度分布。
本发明中使用的术语“投影系统”PS应被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型、和/或静电型光学系统或其任何组合。本文中的术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更上位的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可属于如下类型：衬底的至少一部分可以由具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充介于投影系统PS与衬底W之间的空间——这也被称作浸没光刻术。以引用方式而被合并入本文中的US 6952253中给出关于浸没技术的更多信息。
光刻设备LA也可以属于具有两个或更多个衬底支撑件WT(又名“双平台”)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以在对位于衬底支撑件WT中的一个衬底支撑件上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤的同时将另一衬底支撑件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以外，光刻设备LA也可以包括测量平台。所述测量平台被布置以保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置以测量投影系统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以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。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下方移动。
在操作中，所述辐射束B入射到被保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如掩模)MA上，并且由图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)来图案化。在已穿越所述掩模MA的情况下，所述辐射束B传递穿过投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于所述第二定位器PW和位置测量系统IF，可以准确地移动所述衬底支撑件WT，例如以便在聚焦且对准的位置处在所述辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，所述第一定位器PM和可能的另一位置传感器(在图1中未明确地描绘)可以被用于相对于所述辐射束B的路径来准确地定位所述图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记Ml、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。虽然如所图示的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但所述标记可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些衬底对准标记被称为划线对准标记。
为了阐述本发明，使用笛卡尔坐标系。所述笛卡尔坐标系具有三个轴，即x轴、y轴和z轴。所述三个轴中的每个轴与其它两个轴正交。围绕x轴的旋转被称为Rx旋转。围绕y轴的旋转被称为Ry旋转。围绕z轴的旋转被称为Rz旋转。x轴和y轴限定水平面，而z轴沿竖直方向。所述笛卡尔坐标系不限制本发明且仅用于阐述。作为替代，可以使用另一坐标系(诸如，柱面坐标系)来阐述本发明。所述笛卡尔坐标系的方向可以是不同的，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，诸如在US6961116(其通过引用被并入)中描述的对准传感器AS。辐射源RSO提供具有一个或更多个波长的辐射的束RB，所述束RB被转向光学器件转向到一标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上而作为照射斑SP。在这个示例中，所述转向光学器件包括斑反射镜SM和物镜OL。所述照射斑SP(所述标记AM被所述照射斑SP照射)的直径可以稍微小于所述标记自身的宽度。
由所述标记AM衍射的辐射(在这个示例中，经由所述物镜OL)被准直到信息承载束或承载信息的束IB中。术语“衍射”旨在包括来自所述标记的零阶衍射(其可以被称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如，属于上文提到的US6961116中所披露的类型)使所述束IB与自身干涉，此后所述束被光探测器PD接收。在由所述辐射源RSO产生了多于一个波长的情况下，可以包括额外的光学器件(未示出)以提供分离的多个束。所述光探测器可以是单个元件，或其可以包括多个像素(如果期望的话)。所述光探测器可以包括传感器阵列。
所述转向光学器件(其在这个示例中包括所述斑反射镜SM)也可以用于阻挡从所述标记反射的零阶辐射，使得所述信息承载束IB仅包括来自所述标记AM的较高阶衍射辐射(这对测量来说不是必要的，但是改善信噪比)。
强度信号SI被供给至处理单元PU。通过所述框SRI中的光学处理和所述单元PU中的计算处理的组合，输出了在所述衬底上的相对于参考框架的X位置和Y位置的值。
属于图示的类型的单次测量仅将所述标记的位置固定在与所述标记的一个间距相对应的某一范围内。较粗略的测量技术与所述单次测量结合使用，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。为了所述标记的增加的准确度和/或稳健的检测，而不管制成所述标记的材料以及所述标记被设置在哪些材料之上或下方，可以在不同波长的情况下重复处于较粗略水平和/或较精细水平的同一过程。可以用光学的方式复用和解复用所述波长，以便同时地处理所述波长，和/或可以利用分时或分频来复用所述波长。
在这个示例中，所述对准传感器和斑SP保持固定，而所述衬底W移动。因而，所述对准传感器能够被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。通过将所述衬底W安装在衬底支撑件和控制所述衬底支撑件的移动的衬底定位系统上而在这种移动中控制所述衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如，干涉仪)测量所述衬底支撑件(未示出)的位置。在实施例中，一个或更多个(对准)标记AM被设置在所述衬底支撑件上。对被设置在所述衬底支撑件上的所述标记的位置的测量允许对如由所述位置传感器所确定的所述衬底支撑件的位置进行校准(例如，相对于与所述对准系统连接的框架)。对被设置在所述衬底上的所述对准标记的位置的测量允许确定所述衬底相对于所述衬底支撑件的位置。
图3是用于测量在所述衬底W上的对准标记的位置的设备10的实施例的示意图。在一实施例中的所述设备10(可以被称为对准传感器)可以类似于在图2中所示出的已知的对准传感器AS，但具有一些差异，这将变得明显。在其它实施例中，本发明的所述对准传感器类似于基于图像的传感器，但具有一些差异，其中所述对准标记的图像被分析以确定晶片对准参数。
所述对准标记可以是周期性光栅。在一些实施例中，所述对准标记可以用于测量衬底的重叠。所述标记可以是如图4所示的μDBO(基于微衍射的重叠)标记12。所述μDBO标记12的总大小可以是例如16x16μm。单独的光栅块(grating patch)12a至12d因而将会是例如8x8μm。所述μDBO标记12的典型的间距将会是500至1000nm。在其它实施例中，所述标记可以是对准标记，诸如例如典型地大于重叠标记并切具有比重叠标记更大的间距的传统标记。例如，传统标记的典型大小可以是40x80μm并且典型间距可以介于1.6μm与3.2μm之间。一些所述标记可以具有用于测量所述x位置或y位置的竖直光栅线或水平光栅线，并且其它标记可以具有用于测量所述x位置和y位置两者的对角光栅线。将理解，在其它实施例中，可以使用不同类型的标记，只要它们可以被用于测量所述标记的位置。在其余说明书中，将使用所述μDBO标记，但是将理解，在所描述的实施例中可以使用任何类型的标记。
再次参考图3，所述设备10是测量设备。所述设备10可以是量测设备，或所述设备10形成量测设备的部分。使用量测设备以确定所述衬底W的性质，并且尤其是确定不同的衬底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。所述设备10可以例如被集成到所述光刻设备LA中，或可以是独立的装置。将理解，所述设备可以位于所述光刻设备LA中的其它地方，和/或可以被用于测量位于不同的衬底上的不同的对准标记。
来自辐射源(未示出)的多个辐射束14被传递穿过所述对准传感器10以照射位于所述衬底W上的所述对准标记。在一些实施例中，所述辐射源可以是所述对准传感器10的部分，并且在其它实施例中，所述辐射源可以是分离的即单独的部件。所述辐射源可以是宽带辐射源，诸如超连续光谱源，并且额外的光学器件可以提供一个或更多个波长范围或波长的适当的选择。替代地，设置多个辐射源，每个辐射源发射不同的波长范围(或部分地叠置的波长范围)内的辐射，以提供一个或更多个波长范围或波长的选择。
所述对准传感器10包括照射系统16，所述照射系统16被配置成将所述辐射束14引导到位于所述衬底W上的所述对准标记上。所述照射系统16包括1D单模光纤(SMF)阵列18，所述辐射束14穿过所述1D单模光纤(SMF)阵列18，所述辐射穿过所述单模光纤从所述辐射源传输到光学模块。所述辐射源和/或检测器(其可以加热或振动)可以被放置成与所述(干涉量测稳定的)光学模块和所述衬底远离(例如，远离几米)。在这个实施例中使用单模光纤，因为使用空间相干辐射，所述空间相干辐射最好由一个空间模光纤传输。然而，在其它实施例中，可以使用空间不相干的对准传感器，空间不相干的对准传感器可以使用多模光纤。将理解，在一些实施例中，所述辐射可以不被传输通过光纤。
所述照射系统16包括照射参考(相位)光栅20，所述照射参考(相位)光栅20被用于将每个所述辐射束14拆分成两个大角度的离轴照射束14a、14b。所述照射束14a、14b对应于所述照射参考光栅20的1阶和-1阶(对于理想的相位光栅而言0阶不存在，或可以利用光瞳光阑去除0阶)。
在其它实施例中，可能不需要参考光栅的使用。例如，在其它实施例中，可以没有参考光栅，并且所述衬底上的所述照射斑大小(至少为1维)可以被减少到大约所述光栅间距或一半所述光栅间距。然后，就像在图3的实施例中，将会在(例如)光电二极管上检测到周期性强度信号。这个信号还可以被用于以与如将描述的类似的方式来确定所述对准位置。这个替代实施例的问题在于，在所述衬底上需要较小的斑，因而减少可以使用的光子的数目而不损坏所述衬底。较少的光子意味着较低的信噪比(SNR)，即，较低的(再现性)性能。作为另一示例，所述衬底上的每个照射斑可以具有其自己的(微小型化)对准传感器，例如如上文描述的，并且因而将会需要参考光栅。这可以参考图6更容易地设想，其中每个照射斑具有其自己的透镜。可以不需要参考光栅的额外的示例可以是：每个照射斑可以具有其自己的微小型化的基于图像的传感器，其中设置了图像传感器(诸如CCD或CMOS传感器)以检测所述对准标记的一个或更多个图像。这些微小型化的对准传感器可以是集成光学传感器。在US9716193 B2中，描述了集成光学传感器的示例。在“电光学手册(Electro-opticshandbook)”/编辑Ronald W.Waynant，编辑Marwood N.Ediger--第二版(ISBN 0-07-068716-1(hc)，McGraw-Hill)中，其解释了光学集成电路(OIC)是一种薄膜型光学电路，所述薄膜型光学电路被设计用于通过将激光二极管光源、功能部件(诸如开关/调制器、互连波导、和光电二极管检测器)集成来执行功能，所有这些部件都位于单个衬底上。在书的第26.3.1段中解释了光栅作为透镜的使用。光栅可以被用于将光引导至所述晶片并且使光再次回到传感器上。在第26.4.4段中解释了如何获得具有波长(解)乘数的平行多色光。这种技术全部能够用于产生集成光学传感器，所述集成光学传感器是小的并且它们中许多可以被平行放置以产生对准传感器的阵列，使得许多对准标记可以被并行地测量。
在这个实施例中，所述照射束14a、14b随后由所述照射系统16的平凸透镜22聚焦到大FOV(视场)物镜24上，所述大FOV(视场)物镜24进一步将所述照射束14a、14b聚焦到所述衬底W上。所述物镜24将源自同一辐射束14的相对应的照射束14a、14b聚焦到所述衬底W上的照射斑26上。以这种方式，通过由所述照射系统16来调节每个所述辐射束14，在所述衬底W上形成五个照射斑26。所述SMF阵列18的每个单独的单模光纤存在有辐射的一个照射斑26。将理解，在其它实施例中，可以使用不同类型的透镜，例如，所述平凸透镜可以是不同的透镜。
由于每个所述辐射束14相对于其它辐射束14在空间上分布，所以所述照射斑26也在空间上分布。在这个实施例中，所述照射系统16被配置成调节所述辐射束14以形成在所述衬底W上在空间上串联分布的五个照射斑26。在其它实施例中，可以形成不同数目的照射斑。将理解，这仅是示例，并且存在可以形成多个照射斑的若干方式。例如，所述照射系统可以由不同数目的光学部件或不同类型的光学部件组成。
在这个实施例中，所述照射系统16引导多个照射斑26，使得在相邻的照射斑26之间存在间隙/间隔。例如，所述衬底W上的相邻的照射斑之间的间隔可以是例如50μm。照射斑之间的所述间隔可以是相同的或可以是不同的。
在其它实施例中，所述衬底W上的所述照射斑26之间可以不存在间隙。也就是说，在这种情况下，所述照射斑26可以被认为形成所述衬底W上的连续的照射带或照射线(即，沿一个方向伸展的长斑)。在一些实施例中，所述照射斑可以与其它照射斑在一定程度上交叠。在其它实施例中，所述衬底上的所述多个照射斑当中的一些所述照射斑可以具有与所述相邻的照射斑的间隙，并且其它照射斑可以不具有与下一个照射斑的间隙。
将理解，这个“长斑”也可以由单个照射斑产生，所述单个照射斑由例如单个照射光纤和柱面透镜产生。所述柱面透镜可以将所述辐射聚焦成带或线以代替点/斑。换句话说，所述照射“长斑”可以被认为是照射带或线。也就是说，所述照射带在一个方向上可延伸的距离比在正交方向上延伸的距离更长。因而，假定较长的距离是在扫描方向上，则所述照射带将会入射到所述标记上的时间比照射斑将会以相同的扫描速度入射到所述标记上的时间更长。此外，形成所述照射带的所述辐射可以处于与将会允许照射斑避免对所述衬底W造成损坏相比更大的强度。这是因为所述照射带辐射将会比所述照射斑在空间上更扩散开。也就是说，使用一个照射带与使用一个照射斑相比，更多的光子可以入射到所述标记上。因而，所述照射带可以提供与如后面所解释的所述多个照射斑(至少在一定程度上)相同的或类似的益处。
图5示出了所述照射斑26在入射到衬底W上之前的示意图。所述衬底W具有多个场28，每个场可包括一个或更多个标记。这些标记可以是μDBO标记12或其它类型的对准标记。
从图5中可以看出，所述照射斑26可以具有不同的大小和形状并且可以在相邻的照射斑26之间具有不同大小的间隔。
扫描所述衬底W，即，所述衬底W被相对于所述对准传感器10移动，其中所述辐射入射到所述衬底W上并且跨越所述衬底W上移动。箭头示出所述照射斑26相对于所述衬底W的移动方向。当扫描所述衬底W时，在空间上串联地分布的多个照射斑26被顺序地入射到所述衬底W上。
所述衬底可以按照之字形运动(来回往返)运动的方式来扫描，其中另一(下一)行场的扫描出现在相反的方向上。所述衬底可以按照栅格运动的方式来扫描，例如左右以及上下。所述对准传感器的所述照射斑可以按照十字形形状来分布，例如，不仅以水平序列分布而且以竖直序列分布。所述衬底可以被对角地扫描以获得来自经过μDBO标记上的单次扫描的x信息和y信息。可以使用并行的传感器，其中每个对准传感器包含一行照射斑。这将会能够在所述衬底上的单次线性扫描运动中实现整个衬底的测量。
因而，串联地分布的所述照射斑26被顺序地入射到所述衬底W上的所述μDBO标记12上，所述μDBO标记12位于跨越所述衬底W上的所述辐射的路径中。也就是说，当扫描所述衬底W时，每个所述照射斑26将接连地落到所述μDBO标记12上。如果在辐射跨越所述衬底W时多于一个μDBO标记12位于所述辐射的路径中，则每个μDBO标记12也将由每个所述照射斑26接连地照射。在一些实施例中，所述照射系统16可以被配置成使得同时仅一个所述照射斑26入射到所述标记上。也就是说，所述照射斑的大小典型地约为所述标记的大小，并且相邻的照射斑26之间的间隙等于或大于所述μDBO标记12的大小(例如，宽度)。在其它实施例中，多于一个所述照射斑26可以被同时入射到所述μDBO标记12上。
所述照射斑26被从所述μDBO标记12衍射，且然后衍射辐射被检测以确定所述μDBO标记12的位置。所述衍射辐射的投影和检测可以用任何适当的方式执行，并且关于图7-9来描述一些实施例。虽然仅已经关于图3具体地描述了所述对准传感器10的所述照射系统16，但是将理解，在其它实施例中，如用以执行对标记进行照射和测量所述标记的位置所需要的，所述对准传感器10可以包括一个或更多个投影系统、检测系统、辐射源和其它光学部件。在实施例中，所述检测系统等于所述投影系统，即，由所述目标衍射的所述辐射束在所述参考光栅上发生干涉。耦合回到所述单模光纤中的强度(在这种情况下，共享的照射和检测光纤)随后周期性地振荡，同时扫描经过所述标记上，从而能够实现确定所述对准位置。
所述照射斑26的大小可以取决于已测量它们的位置的特定标记而变化。如上文提到的，所述μDBO标记12的单独的光栅块可以具有8x8μm的大小。例如，对于μDBO标记12，所述斑大小(直径)可以是6μm。然而，所述斑大小可以不同于这个大小。典型地，使标记稍微欠填充以便对周围结构不敏感可能是有益的。对于方形形状的标记，使所述斑稍小于所述标记可能是有益的，使得存在一些空间用于扫描经过所述标记上而不会射中周围结构。典型的对准标记可以具有40x80μm的大小。对于典型的对准标记，所述斑大小可以是40μm。所使用的所述照射斑26的数目也可以取决于正在被使用的所述标记而变化。例如，对于μDBO标记12，斑的数目可以是40。对于典型的对准标记，斑的数目可以是10。通常，可能需要更多的照射斑以在较小的标记上实现与较大的标记上相同的对准性能。将理解，在其它实施例中，所述照射斑的大小和数目可以是不同的。
所述扫描的速度可以是1m/s。所述扫描速度可以跨越整个衬底W上是大致恒定的。也就是说，当所述照射斑26位于所述μDBO标记12上时可以不减小所述速度。因而，与其中当所述照射斑入射到所述标记上时扫描必须被减速的其它系统相比，由所述对准传感器10对所述衬底W进行的扫描可以被认为是快速/高速扫描。在其它系统中，所述扫描速度可以被减小以便实现充分地良好的再现性(即，在不同时间处测量同一标记的位置时的变化)。如果同一标记的位置被测量许多次，则所述“再现性”被定义为位置分布的标准偏差的三倍。当再现性小于某一值(例如，0.1nm或1nm)时，再现性可以被认为是“良好的”。
将理解，在其它实施例中，所述扫描速度可以在整个衬底上不是恒定的并且可以被减小或增大。然而，通常，使用所述对准传感器10的总体扫描速度将高于其它系统，同时扔提供充分地良好的再现性。
在一些实施例中，由于所述μDBO标记12的相对小的大小，若干个所述μDBO标记12可以被放置在所述衬底W上的每个场28内部。例如，它们中的5个或7个或9个可以被放置成一行(分布在所述光刻设备LA的曝光狭缝下方的区域上方)。如果存在位于所述衬底W上的彼此紧挨着的例如10个场28并且每个场包含彼此紧挨着的7个μDBO标记12，则在经过所述衬底W上的单程中可以测量70个μDBO标记12(在1m/s的速度的情况下这将会花费例如300毫秒)。
在1m/s扫描速度的情况下使用所述对准传感器10并且针对μDBO标记12使用6μm斑大小，则所述扫描长度可以是3μm。因而，所述照射斑26入射到每个μDBO标记12上的持续时间是3μs。更具体地,这是所述照射斑26(几乎)完全位于所述μDBO标记12上的总时间。这假定不期望使用测量中所述斑的大部分射中周围结构的部分。但是，这可能也不是严格的要求。扫描长度是行进经过所述衬底W上而同时(利用同一照射斑)进行测量的距离。在1m/s扫描速度并且针对典型的对准标记的40μm斑大小的情况下，所述扫描长度可以是40μm。因而，所述照射斑26被完全地入射到每个典型的80μm对准标记上的持续时间是40μs。这假定当所述斑例如仅一半位于所述标记上时不期望使用所述信号。
使所述照射斑26串联使得它们顺序地照射所述μDBO标记12的优点在于：所述标记扫描的总时间段(即，始于当第一照射斑26射中所述μDBO标记12时，且终止于当最后照射斑26离开所述μDBO标记12时)典型地比例如利用1个斑进行1m/s扫描的时间段长得多。因此，机器动态被平均化，这减轻了机器动态的再现性影响。所述机器动态可以是所述机器中的振动、伺服误差等，当所述标记被测量持续仅一段短时间时所述机器动态可能不被平均化。因而，在其它系统中，所述扫描速度需要在所述标记上被减少以实现良好的再现性，这导致所述对准的总时间增大。
使所述照射斑26串联使得它们顺序地照射所述μDBO标记12的另一优点在于：当与例如1个斑以同一扫描速度入射到标记上相比时，入射到所述μDBO标记12上且从所述μDBO标记12衍射的光子的总数目增大。因此，足够的光子可以被测量，使得实现良好的再现性。在其它系统中，当所述标记被测量持续一段非常短时间时，没有足够的光子来实现良好的再现性(即使在光子散粒噪声受限检测的情况下)。因而，这是在其它系统中所述扫描速度需要在所述标记上被减缓以实现良好的再现性的另一原因，这导致所述对准的总时间增加。
在仅具有不与其它照射斑串联的单个照射斑的其它系统中，对准标记之间的所述扫描的速度可以是1m/s。所述对准标记上的所述速度可以是例如11mm/s，以便得到充分良好的再现性。如果在所述标记上所述扫描速度被增加，则将会存在正在被衍射的较少的光并且所述信噪比将会较差。此外，在周期短于例如1ms(即，在11mm/s的扫描速度的情况下的典型的扫描持续时间)的情况下发生的振动可以平均化，但具有一种具备比例如1ms更长的时间尺度的周期的任何振动可能不被平均化且因而可能影响所述标记的位置的测量的准确度。作为示例，如果在例如因为所述扫描速度是1m/s而不是通常的11mm/s所以斑被照射持续仅10μs的情况下，则由于在介于例如10μs与1ms之间的时间尺度上发生的任何振动而可能存在对准误差。
所述对准传感器10使用彼此依次照射所述μDBO标记12的串联的多个照射斑26(例如，10至100个斑)。使用所述对准传感器10可以使得实现具有介于例如10μs与1ms之间的时间尺度的振动被平均化。这是因为，所述μDBO标记12由所有所述照射斑26照射的总时约为毫秒(ms)而不是微秒(μs)。
所使用的照射斑26越多且所述照射斑26越密集地间隔开(即，相邻斑之间具有较小的间隙)，就越好。然而，与使照射斑26在它们之间具有一定间隔相比，具有照射斑26的连续线(即，相邻斑之间没有间隙)可能在技术上更难以实现。
第一重要方面是当第一照射斑26测量所述μDBO标记12时与最后照射斑26测量所述μDBO标记12时之间的时间。这可以被称作总测量时间。所述总测量时间必须长达能够使振动在长时间尺度上被平均化。
第二重要方面是在第一照射斑26与最后照射斑26之间应存在足够量的照射斑26。这是为了抑制在这个时间尺度范围内的振动。用以图示这种情形的示例如下。假定仅2个小照射斑26在它们之间具有大间隔。在那种情况下，在与所述间隔精确地匹配的时间尺度(频率)情况下的振动将不会平均化，因为当这2个照射斑测量所述标记时在这个频率的振动可能例如引发正的对准误差，且在两者之间引发负的误差(在这种情况下，两者之间的负的误差没有被测量，这是因为不存在测量斑)。两者之间的照射斑将会抑制这种类型的较高阶频率。在第一照射斑与最后照射斑26之间的照射斑越多，则这种较高阶抑制将会越好。
图6示出作为对准传感器30的所述测量设备的另一实施例。所述对准传感器30类似于图3中示出的所述对准传感器10，但具有如将被描述的一些不同的光学部件。
所述对准传感器30使用照射系统36来调节五个辐射束34。所述照射系统36被配置成将辐射束34引导到所述衬底W上的所述μDBO标记12(或其它对准标记)上。所述照射系统36包括1D单模光纤(SMF)阵列38，辐射束34被传递穿过所述1D单模光纤(SMF)阵列38。
所述照射系统36包括照射参考(相位)光栅40，所述照射参考(相位)光栅40被用于将每个所述辐射束34拆分成两个大角度的离轴照射束34a、34b。在这个实施例中，针对所有所述照射斑46都存在一个(大)光栅。在其它实施例中，针对每个相对应的单模光纤可以具有单独的光栅。
所述照射束34a、34b进入将所述照射束34a、34b聚焦到所述衬底W上的微透镜阵列42。所述微透镜阵列42的微透镜44将源自同一辐射束14的相对应的照射束34a、34b聚焦到所述衬底W上的照射斑46上。以这种方式，通过由所述照射系统36来调节每个所述辐射束34，在所述衬底W上串联地形成五个照射斑46。所述SMF阵列38的每个单独的单模光纤存在有辐射的一个照射斑46。
由所述对准传感器30所形成的所述照射斑46类似于由图3的对准传感器10所形成的所述照射斑26且将不再另外详细地描述。也就是说，所述对准传感器30的所述照射系统36调节辐射束34以形成在空间上串联地分布的五个照射斑46，使得在所述衬底W的扫描期间所述照射斑46被顺序地入射到一个或多个所述μDBO标记12上。所述对准传感器30提供与所述对准传感器10相同或类似的优点。
将理解，在一些实施例中，可以使用多个辐射源。例如，所述衬底上的每个照射斑有一个辐射源和一个检测器。在其它实施例中，仅需要一个光源和一个检测器来寻址所述晶片上的所有斑。在图7中示出这样的实施例的示例。
图7示出作为对准传感器50的所述测量设备的另一实施例。所述对准传感器50类似于图3中示出的所述对准传感器10，但具有如将被描述的一些不同的光学部件。将理解，所述对准传感器10的所述部件可以用于所述对准传感器50中。在一些实施例中，可以认为所述对准传感器50包括所述对准传感器10或所述对准传感器10形成所述对准传感器50的部分。
所述对准传感器50使用照射系统56来调节输入辐射束54。所述输入辐射束54由辐射源58产生。在这个实施例中，所述辐射源58形成所述对准传感器10的部分，但在其它实施例中，所述辐射源58可以是单独的部件。
所述输入辐射束54传递穿过分束器60，所述分束器60将所述输入辐射束54引导到能够旋转的(更通常地，能够移动的)反射镜62上。在这个实施例中，仅一个照射斑(例如，与所述单模光纤(SMF)阵列中的一个光纤相对应的一个照射斑)位于所述标记上。所述反射镜62(或其它切换元件)被用于每次仅寻址在那时位于所述标记上方的所述单模光纤。也就是说，在使用时，所述反射镜62被旋转，使得所述输入辐射束54一次仅传递穿过所述光纤之一。传递穿过所述SMF阵列的这些辐射束在这里被称为辐射束64。所述辐射束64类似于图3的所述辐射束14。较暗的线示出这样的路径：所述辐射束64中的一个辐射束从所述辐射源58穿过所述对准传感器50到达所述衬底W上的所述μDBO标记12并且返回以被检测。
所述辐射束64由所述照射系统56的第一平凸透镜66聚焦，使得每个辐射束64被投影到单模光纤(SMF)阵列68的相对应的分立的单模光纤中。在从所述SMF阵列离开之后，所述辐射束64由第二平凸透镜70聚焦且然后再次由第三平凸透镜72准直以入射到参考光栅74上。将理解，还可以使用具有例如光纤准直器的替代配置。
所述参考光栅74两个都是如将解释的照射和检测参考相位光栅。所述照射参考光栅74被用于以与关于图3而描述的类似的方式将每个所述照射辐射束64拆分成两个照射束64a、64b。所述参考光栅74与所述μDBO标记12相匹配。在这个实施例中，所述参考光栅74是一个(大)光栅，但在其它实施例中，可以使用多个单独的光栅(例如，针对每个辐射束64有一个光栅)。
所述照射束64、64b随后由所述照射系统56的第四平凸透镜76聚焦到大FOV(视场)物镜78上，所述大FOV(视场)物镜78进一步将所述照射束64、64b聚焦到所述衬底W上。所述物镜78将源自同一辐射束64的相对应的照射束64a、64b聚焦到所述衬底W上的照射斑80上。以这种方式，通过由所述照射系统56来调节输入辐射束54(和每个所述辐射束64)，在所述衬底W上形成五个照射斑80。所述SMF阵列68的每个单独的单模光纤存在有辐射的一个照射斑80。
由所述对准传感器30所形成的所述照射斑80类似于由图3的对准传感器10所形成的所述照射斑26且因此将不会另外详细地描述。也就是说，所述对准传感器50的所述照射系统56调节辐射束64以形成在空间上串联地分布的五个照射斑80，使得在所述衬底W的扫描期间所述照射斑80被顺序地入射到一个或多个所述μDBO标记12上。所述对准传感器50提供与所述对准传感器10相同或类似的优点。
一旦所述照射斑80入射到所述μDBO标记12上，所述辐射从所述μDBO标记12衍射。所述对准传感器50包括投影系统82，所述投影系统82被配置成投影来自所述μDBO标记12的所述衍射辐射。所述衍射辐射可以被认为是所述μDBO标记12的图像。
在这个实施例中，所述投影系统82部件与所述照射系统56部件相同但所述衍射辐射沿相反方向行进。可以从示出一个所述辐射束64的路径的所述较暗的线看出，所述衍射束沿循相同的路径朝向所述辐射源返回。所述参考光栅74的间距典型地与所述目标光栅(即，所述μDBO标记12)的间距相匹配以能够实现这种情形。当不考虑平凸透镜76和物镜78的放大时，所述参考光栅74的间距可以例如是所述目标光栅(μDBO标记12)的间距的两倍。然而，一旦所述衍射束到达所述分束器60，所述衍射束被传递穿过所述分束器60以入射到检测系统84上。所述对准传感器50使用零差干涉量测放大，即，它是明场(brightfield)。也就是说，所收集的0阶、-1阶和+1阶全部能够被考虑，以在例如所述检测参考光栅74上或所述单模光纤内发生干涉。当在所述衬底W上扫描时，所述辐射束将在相长干涉与相消干涉之间交替，且因此导致所述检测系统84上的振荡的对准信号。在其它实施例中，所述投影系统82可以具有与所述照射系统56不同的部件或可以仅共用一个或更多个所述部件。
所述检测参考光栅74调制所述衍射辐射，使得所述检测系统84可以产生用于确定所述μDBO标记12的位置的信号。更通常地，所述投影系统82被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到所述检测系统84上。经调制的衍射辐射可以被认为是所述μDBO标记12的经调制的图像。所述检测系统84被配置成产生与所述多个照射斑80中每个相对应的信号，所述信号被组合以确定所述μDBO标记12的位置。在其它实施例中，所述投影系统82的所述部件可以是不同的，只要它们提供必需的功能。例如，所述调制可以由光学块来执行，所述光学块可以是例如自参考干涉仪。
所述检测系统84可以被称为传感器。所述传感器可以是强度传感器。在这个实施例中，所述检测系统84是光电二极管传感器，但是将理解，在其它实施例中，所述检测系统84可以是不同类型的传感器，诸如CCD或CMOS传感器。
如先前所提到的，所述照射束辐射束64a、64b从所述μDBO标记12衍射以产生所述μDBO标记12的图像。在所述衬底W的扫描期间，所述照射斑80在所述μDBO标记12上移动，当由所述检测系统84观察时，这产生所述μDBO标记12的经调制的图像中的周期性强度改变。在这个实施例中，由于所述单模光纤(SMF)，则经调制的图像不能到达检测系统84。这是因为仅(波动的)强度可以被透射通过SMF；空间信息不能被透射。观察它的一种方式在于，所述μDBO标记12的图像将被形成在所述检测参考光栅74的顶部上。当在所述衬底W上扫描时，所述μDBO标记12图像将在所述检测参考光栅74上移动。结果，在所述μDBO标记12上扫描时，被耦合到所述SMF中且透射穿过所述SMF的所述强度发生波动。所述μDBO标记12相对于所述对准传感器50的扫描导致从零到最大强度(在所述μDBO标记12的图像的调制之后)的所述周期性强度改变。这个过程在上文中参考图2更详细地描述。将理解，这可以针对多于一个μDBO标记12而发生。
从所述检测系统84上的一个所述μDBO标记12的经调制的图像产生周期性电信号。在所述μDBO标记12的扫描期间，经调制的图像电信号的量值从最大值改变至最小值。对于所述多个所述μDBO标记12中的每个，将存在单独的类似的多个周期性电信号。例如，在仅单个阶用于所述对准标记的图像(例如，1阶或3阶等)的情况下，所述信号可以是正弦波。在其它实施例中，所述电信号的形状可以是不同的(虽然在所述对准标记的扫描期间仍从最大量改变到最小值)。在其它实施例中，可以使用整个光瞳并且因而所述信号形状可以是三角形的。
所述信号(其为强度信号)被供给至处理单元(未示出)。所述处理单元以计算方式处理所述信号并且输出所述μDBO标记12的位置。所述处理单元可以输出所述衬底W上的X位置和Y位置相对于参考框架的值。所述μDBO标记12的位置可以相对于所述衬底W来提供。
一旦所述μDBO标记12的位置已经被确定(即，由所述对准传感器50测量)，所述μDBO标记12的对准后的位置可以被用于例如测量重叠，或在其它实施例中，所述对准标记的测量的对准后的位置可以被用于将多个图案(层)相对于彼此定位在所述衬底W上。所述处理单元可以被用于对准所述μDBO标记12。为了将图案对准到衬底W上，需要多于一个对准标记。
所述反射镜62可以被扫描(旋转)，使得由从来自所述μDBO标记12的所述照射束80的衍射所产生的每个所述衍射辐射束可以入射到所述检测系统84上。所述反射镜62将所述照射辐射传输到所述光纤(SMF)中，所述μDBO标记12当前位于所述光纤(SMF)下方。所有所检测的辐射来自同一光纤(因为它来自所述衬底W上的同一部位)，因此所述反射镜62角度已经被正确地设定以将所收集的辐射发送到所述检测系统84。这意味着可以避免使用多个检测器的需要。然而，将理解，在一些实施例中，可以使用多个检测器。例如，对于所形成的每个所述照射斑80，可以存在单独的多个检测器。也就是说，针对每个所述辐射束64的单独的多个检测器。
在一些实施例中，不需要能够移动的反射镜62，即，利用固定反射镜来更换能够移动的反射镜62。这是有利的，因为移除掉移动的光学部件会减少机器振动并且降低部件的故障/失效风险。有可能的是照射SMF阵列的所有光纤并且将来自所有光纤的所述辐射整合到一个检测系统中。可能出现的问题在于，可能存在来自射中除了待测量的所述标记之外的结构的所述照射斑的信号。在这种情况下，期望具有一些机制，用以将源自标记的信号与并不源自标记(即，源自其它一切)的信号分离开。在仅存在一个检测器的情况下，则从“不期望的”斑/光纤入射的辐射可能需要被遮挡，例如，利用扫描反射镜、或利用针对每个光纤的单独的(电光或声光等)遮挡件。替代地，可以仅在所述照射中使用遮挡件或开关(因为当光纤/斑未被照射时，则还可能不存在从所述光纤检测的辐射)。
当扫描所述衬底W时，所述照射斑80在所述μDBO标记12上顺序地移动，使得在所述检测系统84上产生针对每个所述照射斑80的信号。
在一个实施例中，所述检测系统84被配置成产生信号，使得针对每个所述照射斑80确定所述μDBO标记12的临时位置。针对每个所述照射斑80确定了所述μDBO标记12的临时位置，随后被组合(例如，在所述处理单元中)以产生所述μDBO标记12的位置。
也就是说，基于从来自一个所述照射斑80(第一照射斑80)的所述μDBO标记12衍射的辐射，从所述检测系统84产生第一信号。这个信号被用于确定针对所述第一照射斑80的所述μDBO标记12的第一临时位置。所述衬底W的扫描继续，并且下一个照射斑80(与所述第一照射斑80相邻的第二照射斑80)随后入射到所述μDBO标记12上。然后，基于从来自所述第二照射斑80的所述μDBO标记12衍射的辐射，从所述检测系统84产生第二信号。这个第二信号被用来确定针对所述第二照射斑80的所述μDBO标记12的第二临时位置。针对这五个照射斑80中的每个照射斑继续这个过程。
然后，所述μDBO标记12的这五个临时位置中的每个临时位置被组合以产生所述μDBO标记12的位置。这可以是所述位置的简单平均值，或可以通过较复杂的计算。所述信号可以被处理或滤波。以这种方式，所述标记的位置可以将所述位置中的任何变化平均化，这是因为所述机器动态以及足够的光子已对结果做出贡献，以实现充足水平的再现性。
在其它实施例中，所述检测系统84可以被配置成产生待组合成组合信号的多个信号，所述组合信号被用于产生所述μDBO标记12的位置。也就是说，当扫描所述衬底W时，所述检测系统84产生针对所有所述照射斑80的信号。这些信号全部被组合成一个组合信号。这个组合信号随后被使用(例如，由所述处理单元使用)以产生所述μDBO标记12的位置。换句话说，所述正弦信号可以被“缝合在一起”以产生长的正弦信号，并且所述长的正弦信号可以被处理或滤波以产生具有良好的再现性的所述μDBO标记12的位置。
图8示出作为对准传感器90的所述测量设备的另一实施例。所述对准传感器90类似于图7中示出的所述对准传感器50，但是使用具有外部参考的干涉量测放大而不是零差干涉量测放大。也就是说，对准传感器90是暗场。所述对准传感器90的许多光学部件与所述对准传感器50的光学部件一样，并且相同的附图标记将被用于这些光学部件并且将不另外描述这些光学部件。在图8中，仅一个所述辐射束64和仅一个所述照射斑80被标注，但是将理解，存在如图7中的多个辐射束64和多个照射斑80。
由所述对准传感器90所形成的所述照射斑80类似于由图3的对准传感器10形成的所述照射斑26且因此将不另外详细地描述。也就是说，所述对准传感器50的所述照射系统56调节辐射束64以形成在空间上串联地分布的五个照射斑80，使得在所述衬底W的扫描期间所述照射斑80被顺序地入射到一个或多个所述μDBO标记12上。所述对准传感器90提供与所述对准传感器10相同或类似的优点。
所述照射系统92类似于图7中的所述照射系统56，但是它包括被用于将所述衍射辐射引导到投影系统96中的投影分束器94。因而，所述衍射辐射不行进返回穿过构成所述照射系统92的相同光学部件。此外，所述照射系统92中的参考光栅98仅是如将解释的照射参考相位光栅。所述照射参考光栅98被用于以与如图7中描述的类似的方式将每个所述照射辐射束64拆分成两个照射束64a、64b。所述照射参考光栅98与所述μDBO标记12相匹配。
所述投影系统96类似于图7的所述投影系统82，且因此所述光学部件将不被详细描述。所述衍射辐射束被传递穿过所述投影分束器94，且然后穿过第一投影平凸透镜102、检测参考光栅104、第二投影平凸透镜106、第三投影平凸透镜108、单模光纤阵列110的单模光纤、能够移动的投影反射镜112、且在入射到检测系统116上之前穿过第二投影分束器114。
所述分束器60将来自所述辐射源58的所述辐射束54拆分成参考束118和行进穿过所述照射系统92的其余部分的所述辐射束(其被拆分成所述多个辐射束54)。所述参考束118由三个固定反射镜120a至120c反射进入所述第二投影分束器114。在所述第二投影分束器114中，所述参考束与来自已经传递穿过所述投影系统96的所述照射斑80的经调制的衍射束相组合。所述组合辐射束随后入射到所述检测系统116上，所述检测系统116产生可以被用于确定所述μDBO标记12的位置的信号。
另外参考图9来详细描述暗场实施例。所述衬底W上的分立的斑对应于所述单模光纤(SMF)阵列68的分立的单模光纤(SMF)。光瞳平面122中的所述SMF的模式轮廓是图9中的最左边的圆形。所述照射参考(相位)光栅98(由第一箭头124图示)被用于将所述照射拆分成2个(大角度、离轴的)照射束64a、64b，这2个照射束64a、64b对应于所述照射参考光栅98的1阶和-1阶(对于理想的相位光栅来说，不存在0阶，或利用光瞳光阑将0阶去除)。所述照射光瞳126示出这两个照射束64a、64b。
在与所述对准光栅(所述照射参考光栅98)相互作用(由第二箭头128图示)之后，所述照射束的0阶反射被捕获，且捕获-1和+1衍射阶。由于所述照射参考光栅98的例如22.5度角，-1和1衍射阶与所述检测光瞳130中的0阶分离。可选地，光瞳光阑可以被用于去除这些阶(但这不是必需的)。
所述检测参考光栅104(在例如-22.5度角下)将所述-1和1衍射阶映射到彼此上并且让所述-1和1衍射阶在所述光瞳的中心中彼此干涉。由箭头132图示了与所述检测参考相位光栅104的相互作用。这些干涉阶由所述检测光纤捕获并且引起具有最佳对比度的(振荡的)对准信号。所述0阶不被所述检测光纤捕获(因此我们称它为“暗场”)。在所述检测光纤134处的所述检测光瞳是图9中的最右边的圆形。还示出了由检测单模光纤所捕获的所述模式轮廓136。
一旦所述衍射束入射到所述检测系统116上，就产生了信号，可以按照与如上文关于图7描述的类似的方式使用所述信号以确定所述μDBO标记12的位置。
上文已经描述了对准传感器或对准传感器的光学部件的若干实施例，但是将理解，可以使用各种光学设置以许多方式来执行例如产生一系列照射斑和/或确定对准标记的位置的方法。利用一系列斑/传感器进行快速扫描的方法还将会与许多其它传感器实施例一起工作，诸如一系列非常小的对准传感器或所述衬底W上的仅一系列～1微米斑(例如，类似于明场实施例但所述衬底W上具有较小的斑且所述传感器内没有任何光栅)。
虽然上文的说明书已经集中于确定一个所述μDBO标记12的位置，但是将理解，可以使用所描述的方法来确定多个μDBO标记12的位置。
在一些实施例中，所述设备(对准传感器)可以适合于测量多个对准标记的位置。所述照射系统可以被配置成使得：当所述多个照射斑之一入射到所述标记上时，所述多个照射斑中的另一个入射到另外的标记上，使得也可以确定所述另外的标记的位置。因而，在这种情况下，可以执行所述对准标记的并行对准。在一些实施例中，所述标记和所述另外的标记位于沿扫描方向(y方向)的同一路径中，但是将理解，它们可以位于沿扫描方向(y方向)的不同的平行路径中。
将理解，也可以由平行地位于标记和额外的标记上的多个对准传感器来执行并行对准。在一些实施例中，所述标记和所述额外的标记位于沿扫描方向(y方向)的不同的平行的路径中，但是将理解，在其它实施例中，它们可以沿位于扫描方向(y方向)的同一路径中。
作为示例，如在上文中的实施例之一中所描述的所述设备(对准传感器)可以被配置成确定如上文所描述的一个或更多个标记的位置。还可以存在被配置成确定一个或更多个额外的标记的位置的额外的设备(额外的对准传感器)。所述额外的对准传感器可以与所述对准传感器大致相同或类似。通常，所述对准传感器和所述额外的对准传感器一起可以被认为是用于测量位于衬底上的标记的位置的测量系统。
所述额外的对准传感器(额外的设备)可以包括额外的照射系统，所述额外的照射系统被配置成调节至少一个额外的辐射束以形成在空间上串联地分布的多个额外的照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个额外的照射斑被顺序地入射到额外的标记上。所述额外的对准传感器可以包括额外的投影系统，所述额外的投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述额外的标记衍射的辐射，通过由所述额外的标记对所述多个额外的照射斑的衍射来产生衍射辐射。所述额外的投影系统可以被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到额外的检测系统上，所述额外的检测系统被配置成产生与所述多个额外的照射斑中的每个相对应的信号。所述信号可以被组合以与由所述对准传感器(设备)进行的所述标记的位置的测量并行地确定所述额外的标记的位置。
虽然实施例已将所述设备描述为单个对准传感器，但是在其它实施例中，每个照射斑可以由单独的对准传感器形成。此外，多个对准传感器可以形成一个或更多个照射斑，所述一个或更多个照射斑被组合以形成被顺序地入射到一个或更多个标记上的整个一系列照射斑。
所述照射系统可以包括多个照射子系统。每个所述照射子系统可以被配置成调节来自多个辐射源中的单独一个辐射源的至少一个辐射束以形成所述多个照射斑中的至少一个照射斑。也就是说，辐射束可以由辐射源产生并且可以由照射子系统调节以形成照射斑。另一辐射束可以由另一辐射源产生并且可以由另一照射子系统调节以形成相邻的照射斑。
虽然可以在本文中具体地参考在IC制造中光刻设备的使用，但应理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其它应用。可能其它应用包括制造集成光学系统、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，等等。
尽管可以在本文中在光刻设备的情境下对本发明的实施例进行详细的参考，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形成掩模检查设备、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。
尽管已经在光学光刻术的情境下对本发明的实施例的使用进行详细的参考，但是应当理解，在情境允许的情况下，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。
在情境允许的情况下，可以用硬件、固件、软件或其任何组合来实施本公开的实施例。本公开的实施例也可以实施为储存在机器可读介质上的指令，所述指令可以由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可以由机器(例如计算装置)读取的形式的信息的任何机构。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)；磁盘储存介质；光学储存介质；闪存装置；电、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)；和其它介质。另外，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应了解，这些描述仅仅出于方便起见，并且这些动作实际上由计算装置、处理器、控制器或执行固件、软件、例程、指令等的其它装置引起，并且这样做可以使致动器或其它装置与实体世界相互作用。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解，本发明可以用与上述不同的方式来实践。上文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 (14)

1.一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包括：
照射系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成在空间上串联地分布的多个照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个照射斑顺序地入射到所述标记上；和
投影系统，所述投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述标记衍射的辐射，通过由所述标记对所述多个照射斑的衍射来产生衍射辐射；
其中所述投影系统还被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的信号，所述信号被组合以确定所述标记的位置；并且
其中，所述设备用于测量多个标记的位置，其中所述照射系统被配置成使得当所述多个照射斑中的一个照射斑入射到所述标记上时，所述多个照射斑中的另一个照射斑入射到另外的标记上，以便确定所述另外的标记的位置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照射系统被配置成引导所述多个照射斑，使得所述衬底上的相邻的照射斑之间存在间隙。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照射系统被配置成引导所述多个照射斑，使得所述衬底上的相邻的照射斑之间不存在间隙。
4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述照射系统被配置成使得所述多个照射斑中的仅一个照射斑同时入射到所述标记上。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述投影系统包括能够移动的反射镜，所述能够移动的反射镜被配置成被移动使得来自所述多个照射斑中的每个照射斑的所述衍射辐射入射到所述检测系统的一个检测器上。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照射系统被配置成使得多个辐射束被调节以各自形成所述多个照射斑中的至少一个照射斑。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述照射系统包括多个照射子系统，其中每个照射子系统被配置成调节来自多个辐射源中的单独一个辐射源的至少一个辐射束以形成所述多个照射斑中的至少一个照射斑。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测系统被配置成产生信号，以便确定与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的标记的临时位置并且将所述临时位置组合以产生所述标记的位置。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测系统被配置成产生待组合成组合信号的信号，所述组合信号被用于产生所述标记的位置。
10.一种用于测量衬底上的标记的位置的测量系统，所述测量系统包括：根据任一前述权利要求所述的设备；和额外的设备，其中所述额外的设备包括：额外的照射系统，所述额外的照射系统被配置成调节至少一个额外的辐射束以形成在空间上串联地分布的多个额外的照射斑，使得在所述衬底的扫描期间所述多个额外的照射斑被顺序地入射到额外的标记上；和额外的投影系统，所述额外的投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述额外的标记衍射的辐射，通过由所述额外的标记对所述多个额外的照射斑的衍射来产生衍射辐射；其中所述额外的投影系统被配置成调制所述衍射辐射且将经调制的辐射投影到额外的检测系统上，所述额外的检测系统被配置成产生与所述多个额外的照射斑中的每个额外的照射斑相对应的信号，所述信号被组合以与由所述设备进行的所述标记的位置的测量并行地确定所述额外的标记的位置。
11.一种量测设备，所述量测设备包括根据权利要求1至9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至9中任一项所述的设备。
13.一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包括：
照射系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成照射带，使得在所述衬底的扫描期间所述照射带入射到所述标记上；和
投影系统，所述投影系统被配置成投影由来自所述衬底的所述标记衍射的辐射，通过由所述标记对所述照射带的衍射来产生衍射辐射；
其中所述投影系统还被配置成调制所述衍射辐射并且将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述照射带相对应的信号以确定所述标记的位置；并且
其中，所述设备用于测量多个标记的位置，其中所述照射系统被配置成使得当所述多个照射斑中的一个照射斑入射到所述标记上时，所述多个照射斑中的另一个照射斑入射到另外的标记上，以便确定所述另外的标记的位置。
14.一种用于测量衬底上的标记的位置的方法，所述方法包括：
提供测量光学系统，所述测量光学系统包括照射系统和投影系统，所述照射系统被配置成调节至少一个辐射束以形成在空间上串联地分布的多个照射斑，所述投影系统被配置成对从所述标记衍射的辐射进行投影和调制；
扫描所述衬底，使得所述多个照射斑被顺序地入射到所述标记上；
从由所述标记衍射的所述多个照射斑产生衍射辐射；
将经调制的辐射投影到检测系统上，所述检测系统被配置成产生与所述多个照射斑中的每个照射斑相对应的信号，所述信号被组合以确定所述标记的位置；并且
其中，所述方法用于测量多个标记的位置，其中所述照射系统被配置成使得当所述多个照射斑中的一个照射斑入射到所述标记上时，所述多个照射斑中的另一个照射斑入射到另外的标记上，以便确定所述另外的标记的位置。
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