TW202246903A - 測量裝置、光刻裝置和物品製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供測量裝置、光刻裝置和物品製造方法。所述測量裝置測量在目標被攝體中配設的第一圖案的位置和第二圖案的位置，所述測量裝置包括：攝像單元，其包括檢測來自所述第一圖案的光和來自所述第二圖案的光的多個像素，並被構造為，形成用於藉由所述多個像素拍攝所述第一圖案和所述第二圖案的攝像區域；以及控制單元，其被構造為，調整所述攝像單元，使得基於來自第一攝像區域的輸出而產生的所述第一圖案的檢測訊號的強度與基於來自第二攝像區域的輸出而產生的所述第二圖案的檢測訊號的強度的相對比落入容許範圍內。

Description

測量裝置、光刻裝置和物品製造方法
本發明涉及測量裝置、光刻裝置和物品製造方法。
近年來，由於半導體積體電路的高集成化和微型化，要在基板上形成的圖案的線寬變得非常小。因此，在基板上形成圖案(抗蝕劑圖案)的光刻工藝中需要進一步的微型化。在光刻工藝中使用的步進重複型曝光裝置或步進掃描型曝光裝置中，藉由投影光學系統在基板上的預定位置處對來自原版(original)的光(曝光光)進行成像，來在基板上形成圖案。因此，為了滿足圖案微型化的需求，高精度地對準原版與基板的相對位置很重要。此外，隨著圖案的微型化，在基板上形成的圖案之間的重疊(overlay)誤差的測量中，高精度地測量在基板上的不同層中形成的圖案也很重要。
在曝光裝置中，在曝光之前，通常進行全域對準，其中，測量與基板上的照射區域相對應地配設的對準標記的位置，並且從測量結果中獲得照射區域的陣列(晶格陣列)以進行對準。對於全域對準，為了同時實現提高測量精度和縮短測量時間，日本特許第5550253號公報提出了如下技術：在圖像感測器的視野中設置讀出區域，並測量對準標記的位置。
日本特許第5550253號公報公開了如下技術，其中，改變圖像感測器中的解析度和讀出區域的設置，並且測量由多個標記元素形成的對準標記的位置。在該技術中，依次進行大範圍內的低解析度標記檢測和小範圍內的高解析度標記檢測，這使得能夠高速且高精度地測量基板上的對準標記。
在測量在基板上形成的不同層之間的重疊誤差的重疊測量中，同時觀察形成在下層中的圖案和形成在上層中的圖案，以測量上層和下層中的圖案的相對位置。對於重疊測量，為了同時實現提高測量精度和縮短測量時間，日本特許第5180419號公報提出了如下技術：針對來自圖像感測器的輸出圖像設置處理區域，並獲得圖案的相對位置資訊。
日本特許第5180419號公報公開了針對來自圖像感測器的輸出圖像中的多個圖案設置多個處理區域的技術。在該技術中，藉由產生與多個處理區域中的各圖案相對應的訊號，可以高速且高精度地測量在基板上的不同層中形成的多個圖案的相對位置。
然而，現有技術具有如下問題：在檢測光的強度由於基板中的反射率的差異而在同一層或不同層中的圖案之間變化時，由於測量精度的降低或測量誤差，生產率可能會下降。
本發明提供了一種有利於測量在目標被攝體中配設的圖案的位置的測量裝置。
根據本發明的第一態樣，提供了一種測量裝置，其測量在目標被攝體中配設的第一圖案的位置和第二圖案的位置，所述測量裝置包括：攝像單元，其包括檢測來自所述第一圖案的光和來自所述第二圖案的光的多個像素，並被構造為，形成用於藉由所述多個像素拍攝所述第一圖案和所述第二圖案的攝像區域；以及控制單元，其被構造為，基於來自所述攝像單元的輸出，控制所述攝像單元獲得所述第一圖案的位置和所述第二圖案的位置，其中，所述控制單元基於所述第一圖案的位置和所述第二圖案的位置，在所述攝像區域中設置用於拍攝所述第一圖案的第一攝像區域和用於拍攝所述第二圖案的第二攝像區域，並且調整所述攝像單元，使得基於來自所述第一攝像區域的輸出而產生的所述第一圖案的檢測訊號的強度與基於來自所述第二攝像區域的輸出而產生的所述第二圖案的檢測訊號的強度的相對比落入容許範圍內。
藉由以下參照圖式對示例性實施例的描述，本發明的其他特徵將變得清楚。
下文中將參照圖式詳細描述實施例。注意，以下實施例並不意圖限制本發明的範圍。在實施例中描述了多個特徵，但並不限於發明需要所有這些特徵，而是可以適當組合這些特徵。此外，在圖式中，對相同或相似的部件賦予相同的圖式標記，並且省略其冗餘描述。
＜第一實施例＞ 圖1A是示出作為本發明的一個態樣的測量裝置100的佈置的示意圖。測量裝置100是測量基板73中的重疊誤差(更具體地，基板上(目標被攝體上)的不同層中配設的多個圖案的相對位置)的重疊測量裝置(重疊檢查裝置)。如圖1A所示，測量裝置100包括測量單元50、控制單元1100和保持基板73的基板載台WS。
基板73是由測量裝置100測量了重疊誤差的目標被攝體。基板73例如是用於製造設備(諸如半導體設備或液晶顯示裝置)的基板，並且更具體地，包括晶片、液晶基板、其他處理目標基板等。
基板載台WS經由基板卡盤(未示出)保持基板73，並與基板驅動機構(未示出)連接。基板驅動機構包括線性馬達等，並且藉由在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、以及圍繞各軸的旋轉方向驅動基板載台WS，來移動由基板載台WS保持的基板73。藉由例如6軸雷射干涉儀81等監視基板載台WS的位置，並且在控制單元1100的控制下將基板載台WS驅動到預定位置。
控制單元1100由包括CPU、記憶體等的電腦(資訊處理裝置)形成，並且例如藉由根據儲存在儲存單元中的程式綜合控制測量裝置100的各單元來操作測量裝置100。在本實施例中，控制單元1100控制測量裝置100中的測量處理和由測量裝置100獲得的測量值的校正處理(計算處理)。
參照圖1B，將描述測量單元50的佈置。測量單元50包括：照明系統，其用於使用來自光源61的光對基板73照明、以及成像系統(檢測系統)，其用於在圖像感測器75中對來自配設在基板73中的測量圖案72的光進行成像(形成測量圖案72的圖像)。圖像感測器75包括檢測來自測量圖案72的光的多個像素，並且用作攝像單元，該攝像單元形成用於使用多個像素拍攝測量圖案72的攝像區域。這裡，測量圖案72可以是用於測量基板73中的重疊誤差的圖案。
參照圖1B，來自光源61的光經由照明光學系統62和63被引導至佈置在與基板73光學共軛的位置處的照明孔徑光闌64。照明孔徑光闌64處的光束直徑小於光源61處的光束直徑。已經穿過照明孔徑光闌64的光經由照明光學系統66、反射鏡M2和照明光學系統67被引導至偏振分束器68。偏振分束器68透射平行於X方向的P偏振光並反射平行於Y方向的S偏振光。透過偏振分束器68的P偏振光經由孔徑光闌69穿過λ/4板70，被轉換為圓偏振光，並且經由物鏡光學系統71對配設在基板73中的測量圖案72進行Koehler照明。
注意，照明系統可以配設有光量調整單元(未示出)和波長調整單元(未示出)。例如，藉由控制能夠切換多個ND濾光器的光量調整單元，可以高精度地調整對基板73照明的光的強度，該多個ND濾光器對於來自光源61的光具有不同透射率。此外，藉由控制能夠切換多個波長濾光器的波長調整單元，可以調整(改變)對基板73照明的光的波長，該多個波長濾光器透射來自光源61的光的具有不同波長特性的光束。
由配設在基板73中的測量圖案72反射、衍射和散射的光經由物鏡光學系統71穿過λ/4板70，並被引導至孔徑光闌69。這裡，來自測量圖案72的光的偏振狀態為圓偏振，該圓偏振與對測量圖案72照明的光的圓偏振相反。因此，當對測量圖案72照明的光的偏振狀態為順時針圓偏振時，來自測量圖案72的光的偏振狀態為逆時針圓偏振。已穿過λ/4板70並從圓偏振轉換為S偏振的光穿過孔徑光闌69，被偏振分束器68反射，並經由成像光學系統74被引導至圖像感測器75。
這樣，在測量單元50中，偏振分束器68將對基板73照明的光的光路和來自基板73的光的光路分離，並且在圖像感測器75中形成配設在基板73中的測量圖案72的圖像。基於由雷射干涉儀81獲得的基板載台WS的位置資訊和藉由檢測測量圖案72的圖像獲得的檢測訊號的波形，控制單元1100獲得形成測量圖案72的圖案元素的位置和測量圖案72的位置。
注意，在測量單元50的成像系統中，可以藉由在偏振分束器68與圖像感測器75之間佈置多個透鏡來形成檢測孔徑光闌。此外，可以在照明孔徑光闌64和檢測孔徑光闌中的各個中配設多個孔徑光闌，該多個孔徑光闌使得能夠針對照明系統和成像系統設置不同的數值孔徑，並且該多個孔徑光闌可以是可切換的。由此，能夠調整σ值，σ值是表示照明系統的數值孔徑與成像系統的數值孔徑的比的係數。
圖1C是示出配設在基板73中的測量圖案72的佈置的示例的圖。在本實施例中，基板73是由最下層73B、第一層73L和第二層73U這三層形成的基板。測量圖案72由配設在第一層73L中的第一圖案P1和配設在第二層73U中的第二圖案P2形成。第一圖案P1包括四個圖案元素P1a、P1b、P1c和P1d，並且第二圖案P2包括四個圖案元素P2a、P2b、P2c和P2d。
測量裝置100藉由圖像感測器75(測量單元50)檢測來自測量圖案72(更具體地，第一圖案P1和第二圖案P2中的各個)的光(反射光和散射光)。作為檢測來自測量圖案72的光的方法，例如，可以使用暗場檢測，其中，照明孔徑光闌64和檢測孔徑光闌(照明系統和成像系統的數值孔徑)被控制為阻擋來自測量圖案72的0次衍射光並且僅檢測較高次衍射光和散射光。
參照圖2A和圖2B，作為測量裝置100的一般操作，將描述測量基板73中的重疊誤差的測量處理，即測量形成測量圖案72的第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置的測量處理。
圖2A是示出在圖1B所示的圖像感測器75的攝像區域(攝像表面或檢測表面)上形成的測量圖案72的圖像的圖。包括由沿X方向和Y方向排列的多個像素形成的攝像區域的二維圖像感測器用作圖像感測器75。基於來自圖像感測器75的輸出(拍攝圖像)，控制單元1100產生包括與第一圖案P1和第二圖案P2相對應的波形的檢測訊號。
圖2B是示出基於藉由由圖像感測器75拍攝圖2A所示的測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW的示例的圖。藉由在包括圖2A所示的測量圖案72的圖像的拍攝圖像中，對圖像感測器75的各個像素在Y方向上的訊號強度進行積分，來產生檢測訊號SW。注意，關於圖像感測器75的各個像素的訊號強度的積分，要積分的像素的數量較佳地基於測量圖案72的尺寸資訊來設置。
參照圖2B，檢測訊號SW中包括的波形S1對應於第一圖案P1的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW中包括的波形S2對應於第二圖案P2的訊號強度(其變化)。控制單元1100從波形S1獲得指示第一圖案P1的中心位置的測量值X1，並且從波形S2獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X2。然後，例如，藉由獲得測量值X1與測量值X2之間的差，來獲得第一圖案P1與第二圖案P2在X方向上的相對位置偏移。
注意，在Y方向上的相對位置偏移被測量為重疊誤差的情況下，可以使用由第一圖案和第二圖案形成的測量圖案，該第一圖案和第二圖案各自包括縱向方向與X方向匹配且沿Y方向排列的多個圖案元素。然後，藉由對各個像素在X方向上的訊號強度進行積分來產生包括該測量圖案的圖像的拍攝圖像的檢測訊號，並且根據第一圖案的測量值與第二圖案的測量值之間的差獲得在Y方向上的相對位置偏移。
這裡，如果在基板73中的第一層73L與第二層73U之間，反射率差異大，則在由圖像感測器75檢測到的對應於第一圖案P1的光強度(檢測光的強度)與對應於第二圖案P2的光強度之間出現差異。下面將描述當對應於第一圖案P1的光強度與對應於第二圖案P2的光強度之間存在差異時出現的現有技術中的問題，更具體地，由測量精度降低或測量誤差引起的生產率下降。
圖3A是示出當第一層73L與第二層73U之間的反射率差異大時在圖像感測器75的攝像區域上形成的測量圖案72的圖像(更具體地，第一圖案P1的圖像P13和第二圖案P2的圖像P23)的圖。圖3B是示出基於藉由由圖像感測器75拍攝圖3A所示的測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW30的示例的圖。
參照圖3B，檢測訊號SW30中包括的波形S130對應於第一圖案P1的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW30中包括的波形S230對應於第二圖案P2的訊號強度(其變化)。如圖3B所示，當第一層73L與第二層73U之間的反射率差異較大並且第一圖案P1的訊號強度(波形S130)較低時，與波形S230相比，波形S130具有相對於雜訊強度相對較高的電雜訊。在這種情況下，可以從波形S230高精度地獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X230，但是難以從波形S130高精度地獲得指示第一圖案P1的中心位置的測量值X130。
圖3C是示出當增加對測量圖案72照明的光的光量以增加第一圖案P1的訊號強度時，基於藉由由圖像感測器75拍攝測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW31的示例的圖。參照圖3C，檢測訊號SW31中包括的波形S131對應於第一圖案P1的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW31中包括的波形S231對應於第二圖案P2的訊號強度(其變化)。
注意，在測量裝置100中，可以藉由控制來自在測量單元50的照明系統中配設的光量調整單元(ND濾光器)或光源61的輸出或藉由控制圖像感測器75的累積時間，來調整來自測量圖案72的訊號強度。如果圖像感測器75的觀察視野中(即整個攝像區域中)的訊號強度增加，則波形S131中的訊號強度變得高於波形S130中的訊號強度，但是波形S231中的訊號強度也增加。由此，如果波形S231中的訊號強度超過圖像感測器75可檢測的位準，例如達到飽和位準，則難以從波形S231高精度地獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X230。
還可以想到，在測量裝置100中，在改變對測量圖案72照明的光的光量的同時多次進行測量，並且根據第一圖案P1和第二圖案P2分別獲得波形S131和波形S230。由此，波形S131和S230中的各個的訊號強度未達到圖像感測器75的飽和位準。因此，可以從波形S131高精度地獲得指示第一圖案P1的中心位置的測量值X130，並且從波形S231高精度地獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X230。然而，在這種情況下，由於需要在改變對測量圖案72照明的光的光量的同時多次進行測量，因此生產率可能由於測量時間的增加而降低，或者測量精度可能由於時間的流逝而降低(隨時間變化)。
因此，在本實施例中，提出了如下技術，其中，即使在第一層73L與第二層73U之間反射率差異較大的情況下，也可以高精度地獲得分別指示第一圖案P1的中心位置和第二圖案P2的中心位置的測量值。更具體地，基於測量圖案72的位置，在圖像感測器75的攝像區域中設置至少兩個不同的攝像區域，例如，用於拍攝第一圖案P1的第一攝像區域和用於拍攝第二圖案P2的第二攝像區域。此外，調整圖像感測器75，使得基於來自第一攝像區域的輸出而產生的第一圖案P1的檢測訊號的強度與基於來自第二攝像區域的輸出而產生的第二圖案P2的檢測訊號的強度的相對比落入容許範圍內。例如，設置圖像感測器75的多個像素中的各個的靈敏度，作為對圖像感測器75的調整。然後，基於來自設置了不同靈敏度的圖像感測器75的輸出，獲得第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置(重疊誤差)作為第一圖案P1和第二圖案P2的位置。
參照圖4A和圖4B，將描述本實施例中的測量基板73中的重疊誤差的測量處理，即測量形成測量圖案72的第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置的測量處理。圖4A是示出當在第一層73L與第二層73U之間反射率差異較大時在圖像感測器75的攝像區域上形成的測量圖案72的圖像(更具體地，第一圖案P1的圖像P13和第二圖案P2的圖像P23)的圖。基於測量圖案72的位置，如圖4A所示，控制單元1100在圖像感測器75的攝像區域中，將第一攝像區域R13設置為包括第一圖案P1的圖像P13，並將第二攝像區域R23設置為包括第二圖案P2的圖像P23。然後，控制單元1100獲得基於來自第一攝像區域R13的輸出而產生的第一圖案P1的訊號強度和基於來自第二攝像區域R23的輸出而產生的第二圖案P2的訊號強度。然後，控制單元1100針對圖像感測器75的多個像素中的各個(更具體地，針對第一攝像區域R13和第二攝像區域R23中的各個)，獲得靈敏度校正值，使得第一圖案P1的訊號強度與第二圖案P2的訊號強度的相對比落入容許範圍內。控制單元1100基於各靈敏度校正值對圖像感測器75的第一攝像區域R13和第二攝像區域R23設置不同的靈敏度。
圖4B是示出基於藉由由針對第一攝像區域R13和第二攝像區域R23設置了不同的靈敏度的圖像感測器75拍攝圖4A所示的測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW3的示例的圖。參照圖4B，檢測訊號SW3中包括的波形S13對應於第一圖案P1的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW3中包括的波形S23對應於第二圖案P2的訊號強度(其變化)。在本實施例中，針對第一攝像區域R13中所包括的像素設置的靈敏度高於針對第二攝像區域R23中所包括的像素設置的靈敏度，使得能夠避免波形S13中的訊號強度降低、以及波形S23中的訊號強度飽和。因此，能夠從波形S13高精度地獲得指示第一圖案P1的中心位置的測量值X13，並從波形S23高精度地獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X23。
關於圖像感測器的靈敏度的增加，訊號強度的增加率與雜訊的增加率之間存在差異。更具體地，訊號強度的增加與圖像感測器的靈敏度的增加成正比例，但是對於雜訊，雜訊放大根據圖像感測器的靈敏度的設置值而改變。這是因為包括不受圖像感測器的靈敏度影響的散粒雜訊。一般來說，使用根據圖像感測器的靈敏度而變化的讀出雜訊Nr和暗電流雜訊Nd、以及不受圖像感測器的靈敏度影響的散粒雜訊Ns，藉由以下運算式(1)，來表達雜訊N：
Figure 02_image001
因此，藉由設置圖像感測器的靈敏度以在實現圖像感測器可檢測的訊號強度(位準)的同時避免由於雜訊的增加而導致測量精度下降，與測量值X130相比，可以高精度地獲得測量值X13。
參照圖5，將描述該實施例中的測量重疊誤差(即，形成測量圖案72的第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置)的測量處理的序列。如上所述，藉由控制單元1100綜合控制測量裝置100的各個單元來進行測量處理。
如果開始測量重疊誤差的測量處理，則首先定位保持基板73的基板載台WS，使得在測量單元50的圖像感測器75的攝像區域中形成測量圖案72的圖像。關於基板73相對於測量單元50的Z方向位置，例如，獲得形成測量圖案72的至少一個圖案的訊號強度，並且可以定位保持基板73的基板載台WS，使得訊號強度或其變化變得等於或大於目標值。另選地，可以獲得形成測量圖案72的第一圖案P1和第二圖案P2的訊號強度，並且可以定位保持基板73的基板載台WS，使得兩種訊號強度或其變化都等於或大於目標值。
在步驟S151中，獲得關於在基板73中配設的測量圖案72的位置的資訊(位置資訊)。在本實施例中，測量圖案72的位置資訊是藉由對在基板73中配設的測量圖案72的位置進行粗略測量而獲得的。注意，與稍後描述的步驟S156中的精確測量相比，步驟S151中的粗略測量是在更大的測量範圍內以更低的解析度進行的。因此，步驟S151中的粗略測量和步驟S156中的精確測量定義如下。步驟S151中的粗略測量是在第一測量範圍內以第一解析度測量測量圖案72的位置的測量處理(第一測量處理)。步驟S156中的精確測量是在小於第一測量範圍的第二測量範圍內以高於第一解析度的第二解析度測量測量圖案72的位置的測量處理(第二測量處理)。這裡，位置資訊的解析度是指相對於圖像感測器75在基板上的攝像區域的像素的大小或由圖像感測器75獲得的圖像的色調。在粗略測量中，可以在抑制圖像感測器75中的傳送時間的增加和控制單元1100中的計算處理時間的增加的同時，獲得測量圖案72的位置資訊。
更具體地，在步驟S151中，藉由基於由圖像感測器75拍攝測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像(即，藉由粗略測量獲得的拍攝圖像)獲得測量圖案72的訊號強度的變化，來獲得測量圖案72的位置。另選地，可以基於藉由粗略測量獲得的拍攝圖像和預先登記的測量圖案72的設置值，來獲得測量圖案72的位置。此外，作為另一種方法，可以基於藉由與測量單元50(測量裝置100)不同的基板位置測量裝置(未示出)獲得的、基板73在運送到基板載台WS上時的位置，來獲得測量圖案72的位置。
此外，在步驟S151中，除了粗略測量測量圖案72的位置之外，還可以將對測量圖案72照明的光的波長或σ值調整為適合於步驟S155中的精確測量的設置值，即，能夠高精度地測量測量圖案72的位置的設置值。注意，可以基於例如測量圖案72的測量結果或關於基板73的結構或物理特性值的資訊，來預先確定關於對測量圖案72照明的光的波長或σ值的設置值。
在步驟S152中，基於在步驟S151中獲得的測量圖案72的位置資訊，在圖像感測器75的攝像區域中設置彼此不同的多個攝像區域。更具體地，基於圖像感測器75的攝像區域中的測量圖案72的位置資訊，針對第一圖案P1和第二圖案P2中的各個設置攝像區域。例如，如圖4A所示，在圖像感測器75的攝像區域中，第一攝像區域R13被設置為包括第一圖案P1的圖像P13，並且第二攝像區域R23被設置為包括第二圖案P2的圖像P23。
在圖像感測器75的攝像區域中，基於測量靶心圖表案在測量方向和非測量方向上的長度來設置彼此不同的多個攝像區域。例如，藉由將攝像區域設置為大於由多個圖案元素形成的圖案在測量方向上的長度，可以獲得包括該圖案的圖案區域的訊號強度和不包括該圖案的非圖案區域的訊號強度。此外，藉由將攝像區域設置為等於或大於圖案在非測量方向上的長度，可以獲得圖案在非測量方向上的訊號強度。由此，能夠高精度地設置圖像感測器75的攝像區域對圖案的位置的靈敏度。注意，圖案的測量方向是形成圖案的圖案元素排列的方向，而圖案的非測量方向是與形成圖案的圖案元素的排列方向正交的方向。例如，在包括第一圖案P1和第二圖案P2的測量圖案72中，排列有圖案元素P1a至P1d和P2a至P2d的X方向是測量方向，而與X方向正交的Y方向是非測量方向。
在步驟S153中，獲得關於在步驟S152中在圖像感測器75中設置的彼此不同的多個攝像區域中的各個中的訊號強度的資訊(訊號強度資訊)。更具體地，基於來自第一攝像區域R13的輸出，獲得指示第一圖案P1的訊號強度(其變化)的訊號強度資訊。類似地，基於來自第二攝像區域R23的輸出，獲得指示第二圖案P2的訊號強度(其變化)的訊號強度資訊。注意，訊號強度資訊可以是基於來自圖像感測器75的輸出產生的檢測訊號中的第一圖案P1和第二圖案P2中的各個的訊號強度的最大值或平均值。從由圖像感測器75獲得的拍攝圖像中獲得訊號強度資訊的方法的示例是如下方法：針對第一圖案P1，在用作非測量方向的Y方向上對各個像素處的訊號強度進行平均，並獲得在用作測量方向的X方向上的訊號強度變化。利用上述方法，可以分別基於來自第一攝像區域R13和第二攝像區域R23的輸出來獲得第一圖案P1和第二圖案P2的訊號強度資訊。
在步驟S154中，基於在步驟S153中獲得的圖像感測器75的彼此不同的多個攝像區域(第一攝像區域R13和第二攝像區域R23)中的各個中的訊號強度資訊，計算多個攝像區域中的各個的靈敏度校正值。注意，稍後將詳細描述靈敏度校正值的具體計算方法。
在步驟S155中，針對圖像感測器75的彼此不同的多個攝像區域(第一攝像區域R13和第二攝像區域R23)中的各個，基於在步驟S154中計算的靈敏度校正值來設置靈敏度。例如，假設圖像感測器中預設設置的靈敏度為第一靈敏度，則針對圖像感測器75的彼此不同的多個攝像區域中的各個，設置藉由第一靈敏度和靈敏度校正值的乘積來表達的第二靈敏度。
在步驟S156中，使用在步驟S155中針對彼此不同的多個攝像區域設置了靈敏度的圖像感測器75，獲得在基板73中配設的測量圖案72的位置資訊。在本實施例中，藉由對在基板73中配設的測量圖案72的位置進行精確測量來獲得測量圖案72的位置資訊。與步驟S151中的粗略測量相比，步驟S156中的精確測量是在更小的區域中(即，測量範圍被限制在預定範圍)以更高的解析度來進行的。更具體地，基於藉由針對第一攝像區域R13和第二攝像區域R23設置了不同的靈敏度的圖像感測器75拍攝測量圖案72的圖像而獲得的拍攝圖像，來產生檢測訊號SW3。然後，從檢測訊號SW3提取與第一圖案P1的訊號強度(其變化)相對應的波形S13和與第二圖案P2的訊號強度(其變化)相對應的波形S23。注意，可以針對第一攝像區域R13和第二攝像區域R23中的各個產生檢測訊號，並且可以從各個檢測訊號中獲得與第一圖案P1的訊號強度相對應的波形和與第二圖案P2的訊號強度相對應的波形。
在步驟S157中，基於在步驟S156中獲得的測量圖案72的位置資訊計算重疊誤差。更具體地，從波形S13獲得指示第一圖案P1的中心位置的測量值X13，並從波形S23獲得指示第二圖案P2的中心位置的測量值X23。然後，獲得第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置(偏移)作為重疊誤差，該相對位置是測量值X13與測量值X23之間的差。
將參照圖6A和圖6B描述步驟S154中的靈敏度校正值的具體計算方法。圖6A是示出在步驟S155中針對彼此不同的多個攝像區域設置靈敏度之前由圖像感測器75獲得的第一圖案P1和第二圖案P2的訊號強度的圖。在圖6A中，I13指示第一圖案P1的訊號強度，並且I23指示第二圖案P2的訊號強度。這裡，將描述如下情況，其中，訊號強度I13與圖像感測器75的最大檢測光量的訊號強度比(明亮度)為20%，並且訊號強度I23與圖像感測器75的最大檢測光量的訊號強度比(明亮度)為80%。在這種情況下，根據較低訊號強度I13與較高訊號強度I23的比，將第一圖案P1的訊號強度與第二圖案P2的訊號強度的相對比計算為0.25。這裡，如果將訊號強度的相對比的容許範圍設置為0.5(包含0.5)至1.0(包含1.0)，則訊號強度I13與訊號強度I23的相對比沒有落入容許範圍內。
因此，在本實施例中，為了使第一圖案P1的訊號強度與第二圖案P2的訊號強度的相對比落入容許範圍內，計算第一攝像區域R13和第二攝像區域R23中的各個的靈敏度校正值。更具體地，基於較高訊號強度I23和使得訊號強度的相對比落入容許範圍內的目標值，計算較低訊號強度I13的靈敏度校正值。例如，根據訊號強度I23(80%)與訊號強度的相對比的目標值(例如0.5)的乘積，將第一圖案P1的訊號強度的目標值計算為40%。因此，根據第一圖案P1的訊號強度的目標值(40%)與訊號強度I13(20%)的商，將第一攝像區域R13的靈敏度校正值計算為2.0。此外，對於第二攝像區域R23，與第一攝像區域R13類似，計算靈敏度校正值，以使訊號強度的相對比落入容許範圍內。注意，如果不改變與圖像感測器75的最大檢測光量的訊號強度比，則將第二攝像區域R23的靈敏度校正值計算為1.0。
基於如上所述計算出的靈敏度校正值，對圖像感測器75中的第一攝像區域R13和第二攝像區域R23單獨設置靈敏度。例如，考慮如下情況，其中，在獲得圖6A所示的訊號強度I13和I23時，圖像感測器75中的第一攝像區域R13的靈敏度和第二攝像區域R23的靈敏度均為1.0。在這種情況下，基於上述靈敏度和靈敏度校正值的乘積，將第一攝像區域R13的靈敏度設置為2.0，並將第二攝像區域R23的靈敏度設置為1.0。
圖6B是示出在步驟S155中針對彼此不同的多個攝像區域設置靈敏度之後由圖像感測器75獲得的第一圖案P1和第二圖案P2的訊號強度的圖。在圖6B中，I14指示第一圖案P1的訊號強度，並且I24指示第二圖案P2的訊號強度。由於第一攝像區域R13的靈敏度被設置為2.0並且第二攝像區域R23的靈敏度被設置為1.0，因此訊號強度I14和訊號強度I24相等，如圖6B所示。此外，訊號強度I14與訊號強度I24的相對比從圖6A所示的訊號強度I13與訊號強度I23的相對比0.25增加到0.5。因此，訊號強度I14與訊號強度I24的相對比落入容許範圍內(0.5(包含0.5)至1.0(包含1.0))，使得可以高精度地獲得第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置。
注意，較佳藉由調整圖像感測器75的數位增益來設置圖像感測器75中的彼此不同的多個攝像區域中的各個的靈敏度。例如，如果藉由調整圖像感測器75的累積時間來設置靈敏度，則由於累積時間的差異，在第一圖案P1和第二圖案P2中的各個的測量值中可能包括由於基板載台WS的位置變化而產生的誤差。這導致第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置的測量精度的降低。
在圖像感測器75中的彼此不同的多個攝像區域中，在至少一個攝像區域中設置的數位增益(靈敏度)較佳為1。這是因為，隨著在圖像感測器75中設置的靈敏度的值增加，測量精度可能由於雜訊的增加而降低。
為了將在圖像感測器75中的彼此不同的多個攝像區域中的至少一個攝像區域中設置的數位增益設置為1，可以在將圖像感測器75的靈敏度設置為1的狀態下，在步驟S153中獲得訊號強度資訊。例如，藉由調整測量單元50的照明系統中的光量、控制光源61的輸出、控制圖像感測器75的累積時間等，將與圖像感測器75的最大檢測光量的訊號強度比較高的第二圖案P2的訊號強度設置為圖像感測器75可檢測的位準。然後，在步驟S155中，基於在步驟S154中計算出的靈敏度校正值，針對圖像感測器75中的彼此不同的多個攝像區域中的各個設置靈敏度。此時，將與第二圖案P2相對應的第二攝像區域R23的靈敏度校正值設置為1.0，從而放大與圖像感測器75的最大檢測光量的訊號強度比較低的第一圖案P1的訊號強度。結果，可以將與第二圖案P2相對應的第二攝像區域R23的靈敏度設置為1，使得可以在避免由雜訊增加導致測量精度下降的同時，高精度地獲得第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置。
在本實施例中，已經描述了在測量裝置100中測量第一圖案P1與第二圖案P2之間的相對位置的測量處理，但是本發明不限於此。例如，在測量裝置100中，也可以測量三個或更多個不同圖案之間的相對位置。更具體地，分別針對第一圖案、第二圖案和第三圖案設置第一攝像區域、第二攝像區域和第三攝像區域。然後，基於從第一攝像區域、第二攝像區域和第三攝像區域獲得的訊號強度，分別計算第一攝像區域、第二攝像區域和第三攝像區域的靈敏度校正值。針對第一攝像區域、第二攝像區域和第三攝像區域，基於靈敏度校正值單獨設置靈敏度。由此，能夠高精度地獲得第一圖案、第二圖案和第三圖案之間的相對位置(偏移)。
根據本實施例，即使在基板上的不同層的圖案之間存在檢測光的強度差異的情況下，藉由針對與各圖案相對應的多個攝像區域設置不同的靈敏度，也能夠高速、高精度地測量圖案之間的相對位置。此外，藉由針對圖像感測器中的像素設置不同的靈敏度值(而不是設置不同的累積時間)，可以避免由多次測量導致的生產率下降。此外，即使在檢測光的強度在多個圖案之間不同的情況下，藉由針對圖像感測器的像素(而不是在從圖像感測器輸出的拍攝圖像中)設置不同的靈敏度，可以避免測量精度的降低，並且高精度地測量多個圖案之間的相對位置。因此，可以提供能夠高速並且高精度地測量基板上的多個圖案之間的相對位置的測量裝置。
＜第二實施例＞ 圖7A是示出曝光裝置EXA的佈置的示意圖。曝光裝置EXA是在光刻工藝(作為諸如半導體設備或液晶顯示裝置的設備的製造工藝)中使用、並在基板83上形成圖案的光刻裝置。曝光裝置EXA經由用作原版的分劃板(reticle)31對基板83進行曝光，從而將分劃板31的圖案轉印到基板83。在本實施例中，曝光裝置EXA採用步進掃描方法，但也可以採用步進重複方法或其他曝光方法。
如圖7A所示，曝光裝置EXA包括照明光學系統801、保持分劃板31的分劃板載台RS、投影光學系統32、保持基板83的基板載台WS、位置測量裝置200和控制單元1200。
照明光學系統801是使用來自光源單元800的光對被照明面照明的光學系統。光源單元800包括例如雷射器。雷射器包括具有大約193nm的波長的Arf準分子雷射器、具有大約248nm的波長的KrF準分子雷射器等，但是光源的類型不限於準分子雷射器。例如，光源單元800可以使用具有大約157nm的波長的F2雷射器或具有小於或等於20nm的波長的EUV(極紫外)作為光源。
在本實施例中，照明光學系統801將來自光源單元800的光整形為具有適合於曝光的預定形狀的狹縫光，並照明分劃板31。照明光學系統801具有均勻照明分劃板31的功能和偏振照明功能。照明光學系統801包括例如透鏡、反射鏡、光學積分器、光闌等，並且藉由依次佈置聚光透鏡、複眼透鏡、孔徑光闌、聚光透鏡、狹縫和成像光學系統而形成。
分劃板31由例如石英形成。分劃板31形成有要轉印到基板83的圖案(電路圖案)。
分劃板載台RS經由分劃板卡盤(未示出)保持分劃板31，並與分劃板驅動機構(未示出)連接。分劃板驅動機構包括線性馬達等，並且藉由在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、以及圍繞各軸的旋轉方向驅動分劃板載台RS，來移動由分劃板載台RS保持的分劃板31。注意，分劃板31的位置由光傾斜入射型分劃板位置測量單元(未示出)測量，並且分劃板31經由分劃板載台RS佈置在預定位置。
投影光學系統32具有將來自物平面的光成像在像平面中的功能。在本實施例中，投影光學系統32將穿過分劃板31的圖案的光(衍射光)投影到基板83上，從而在基板上形成分劃板31的圖案的圖像。使用由多個透鏡元件形成的光學系統、包括多個透鏡元件和至少一個凹面鏡的光學系統(反射折射光學系統)、包括多個透鏡元件和至少一個衍射光學元件(開諾全息照片(kinoform))的光學系統等，作為投影光學系統32。
光致抗蝕劑被塗敷到基板83上。基板83是被轉印了分劃板31的圖案的處理目標被攝體，並且包括晶片、液晶基板、其他處理目標基板等。
基板載台WS經由基板卡盤(未示出)保持基板83，並與基板驅動機構(未示出)連接。基板驅動機構包括線性馬達等，並且藉由在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、以及圍繞各軸的旋轉方向驅動基板載台WS，來移動由基板載台WS保持的基板83。此外，在基板載台WS上配設基準板39。
分劃板載台RS的位置和晶片載台WS的位置藉由例如6軸干涉儀91等來監視，並且在控制單元1200的控制下，以恆定的速度比來驅動分劃板載台RS和基板載台WS。
控制單元1200由包括CPU、記憶體等的電腦(資訊處理裝置)形成，並且例如藉由根據儲存在儲存單元中的程式綜合控制曝光裝置EXA的各單元來操作曝光裝置EXA。控制單元1200控制藉由經由分劃板31曝光基板83而將分劃板31的圖案轉印到基板83的曝光處理。此外，在本實施例中，控制單元1100控制位置測量裝置200中的測量處理和由位置測量裝置200獲得的測量值的校正處理(計算處理)。以這種方式，控制單元1200還用作位置測量裝置200的一部分。
在曝光裝置EXA中，已經穿過分劃板31的光(衍射光)經由投影光學系統32投影到基板83上。分劃板31和基板83以光學共軛關係佈置。藉由以投影光學系統32的縮小比(reduction ratio)的速度比(speed ratio)對分劃板31和基板83進行掃描，來將分劃板31的圖案轉印到基板83。
位置測量裝置200是用於測量目標被攝體的位置的測量裝置。在本實施例中，位置測量裝置200測量在基板83中配設的標記82(諸如對準標記)的位置。下面將參照圖7B描述位置測量裝置200的佈置。注意，由於圖7B所示的位置測量裝置200具有與圖1B所示的測量單元50的佈置類似的佈置，因此這裡將簡化其描述，並且將僅描述其概要。
位置測量裝置200包括用於使用來自光源161的光來照明基板83的照明系統、以及用於對來自基板上的標記82的光進行成像(形成標記82的圖像)的成像系統(檢測系統)。照明系統由照明光學系統162、163、166、照明孔徑光闌164、反射鏡M20、中繼透鏡167、偏振分束器168、λ/4板170、物鏡光學系統171形成。成像系統由物鏡光學系統171、λ/4板170、檢測孔徑光闌169、偏振分束器168和成像光學系統174形成，用於將來自基板上的標記82的光成像在圖像感測器175中。圖像感測器175包括檢測來自標記82的光的多個像素，並用作攝像單元，該攝像單元形成用於使用多個像素拍攝標記82的攝像區域。基於由雷射干涉儀91獲得的基板載台WS的位置資訊和藉由檢測標記82的圖像而獲得的檢測訊號的波形，控制單元1200獲得基板上的標記82的位置。
參照圖8，將描述藉由經由分劃板31曝光基板83而將分劃板31的圖案轉印到基板83上的曝光處理的序列。如上所述，藉由控制單元1200綜合控制曝光裝置EXA的各個單元來進行曝光處理。
在步驟S101中，將基板83裝載到曝光裝置EXA中。在步驟S102中，藉由形狀測量裝置(未示出)檢測基板83的表面(高度)，以測量整個基板83的表面形狀。
在步驟S103中，進行校準。更具體地，基於配設在基準板39中的基準標記在載台坐標系中的設計座標位置，驅動晶片載台WS以將基準標記定位在位置測量裝置200的光軸上。然後，測量基準標記相對於位置測量裝置200的光軸的位置偏移，並且基於該位置偏移來重置載台坐標系，使得載台坐標系的原點與位置測量裝置200的光軸重合。接下來，基於位置測量裝置200的光軸與投影光學系統32的光軸之間的設計位置關係，驅動基板載台WS以將基準標記定位在曝光光的光軸上。然後，利用TTL(藉由透鏡，Through The Lens)測量系統經由投影光學系統32測量基準標記相對於曝光光的光軸的位置偏移。
在步驟S104中，基於在步驟S103中獲得的校準結果，確定位置測量裝置200的光軸與投影光學系統32的光軸之間的基線。
在步驟S105中，位置測量裝置200測量在基板83中配設的標記82的位置。
在步驟S106中，進行全域對準。更具體地，基於在步驟S105中獲得的測量結果，計算相對於基板83上的照射區域陣列的偏移、倍率和旋轉，並且獲得照射區域陣列的規則性。然後，根據照射區域陣列的規則性和基線獲得校正係數，並且基於校正係數將基板83與分劃板31(曝光光)對準。
在步驟S107中，在掃描方向(Y方向)上掃描分劃板31和基板83的同時曝光基板83。此時，基於由形狀測量裝置測量的基板83的表面形狀，還藉由在Z方向和傾斜方向驅動基板載台WS來進行將基板83的表面依次調整到投影光學系統32的成像平面的操作。
在步驟S108中，確定是否完成對基板83的所有照射區域的曝光(即，是否沒有未曝光的照射區域)。如果未完成對基板83的所有照射區域的曝光，則處理返回到步驟S107，並且重複步驟S107和S108直到完成對所有照射區域的曝光。另一方面，如果完成了對基板83的所有照射區域的曝光，則處理前進到步驟S109，並且從曝光裝置EXA中卸載基板83。
在本實施例中，當測量在基板83中配設的標記82的位置時(S105)，在位置測量裝置200的圖像感測器175中設置至少兩個不同的攝像區域。此外，調整圖像感測器175，使得在該至少兩個不同的攝像區域中的檢測訊號的訊號強度的相對比落入容許範圍內。例如，針對圖像感測器175的多個像素中的各個設置靈敏度，作為對圖像感測器175的調整。然後，基於設置有不同靈敏度的圖像感測器175的輸出，獲得在基板83中配設的標記82的位置。
參照圖9A、圖9B和圖9C，將描述該實施例中的測量在基板83中配設的標記82的位置的測量處理。圖9A是示出在圖像感測器175的攝像區域上形成的、基板上的裝置圖案的圖像P15和基板上的標記82的圖像P25的圖。在包括控制單元1200的位置測量裝置200中，基於來自圖像感測器175的輸出，獲得圖像感測器175的攝像區域(觀察視野)中的標記82(其圖像P25)的位置資訊。如圖9A所示，在圖像感測器175的攝像區域中，在標記82的圖像P25的附近形成在基板上的標記82周圍的周邊區域存在的裝置圖案的圖像P15。
圖9B是示出基於藉由由圖像感測器175拍攝圖9A所示的裝置圖案的圖像P15和標記82的圖像P25而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW50的示例的圖。包括在檢測訊號SW50中的波形S150對應於裝置圖案的訊號強度(其變化)，並且包括在檢測訊號SW50中的波形S250(其變化)對應於標記82的訊號強度(其變化)。
這裡，參照圖9B，將描述如下情況，其中，來自基板上的裝置圖案的檢測光的強度高於來自基板上的標記82的檢測光的強度。在這種情況下，如圖9B所示，裝置圖案的訊號強度(波形S150)高於標記82的訊號強度(波形S250)。因此，如果波形S150中的訊號強度超過感測器175可檢測的位準，例如，如果達到飽和位準，則光量檢測變得異常並且可能無法獲得標記82的位置，即，可能發生測量誤差。為了防止這種情況，可考慮藉由控制來自位置測量裝置200的照明系統中配設的光量調整單元(ND濾光器)或光源161的輸出、或者控制圖像感測器175的累積時間，來調整來自裝置圖案和標記82的訊號強度。然而，如果圖像感測器175的觀察視野中(即整個攝像區域中)的訊號強度減小，則波形S250中的訊號強度也與波形S150中的訊號強度一起減小。由此，電雜訊相對於波形S250中的訊號強度的相對地變大，使得難以根據波形S250高精度地獲得指示基板上的標記82的中心位置的測量值X250。
因此，在本實施例中，提出了如下技術，其中，即使在來自基板上的標記82的檢測光的強度與來自基板上的裝置圖案的檢測光的強度之間存在較大差異的情況下，也能夠高精度地獲得指示標記82的中心位置的測量值。更具體地，基於標記82的位置，在圖像感測器175的攝像區域中設置至少兩個不同的攝像區域。在本實施例中，如圖9A所示，對應於基板上的裝置圖案(在標記82周圍的周邊區域)，將第一攝像區域R15設置為包括裝置圖案的圖像P15。此外，為了拍攝標記82，將第二攝像區域R25設置為包括標記82的圖像P25。然後，調整圖像感測器175，使得基於來自第一攝像區域的輸出而產生的裝置圖案的檢測訊號的強度與基於來自第二攝像區域的輸出而產生的標記82的檢測訊號的強度的相對比落入容許範圍內。例如，設置圖像感測器175的多個像素中的各個的靈敏度，作為對圖像感測器175的調整。注意，由於訊號強度的獲得和靈敏度的設置(靈敏度校正值的計算)與第一實施例中的類似，因此這裡將省略對其的詳細描述。然後，基於來自針對第一攝像區域R15和第二攝像區域R25設置了不同靈敏度的圖像感測器175的輸出，來獲得標記82的位置。
圖9C是示出基於藉由由圖像感測器175拍攝裝置圖案的圖像P15和標記82的圖像P25而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW5的示例的圖，在圖像感測器175中，針對第一攝像區域R15和第二攝像區域R25設置了不同的靈敏度。參照圖9C，檢測訊號SW5中包括的波形S15對應於基板上的裝置圖案的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW5中包括的波形S25對應於標記82的訊號強度(其變化)。在本實施例中，藉由將第一攝像區域R15中包括的像素的靈敏度設置為低於第二攝像區域R25中包括的像素的靈敏度，能夠降低波形S15中的訊號強度，並避免波形S15中的訊號強度飽和。由此，能夠從波形S25高精度地獲得指示標記82的中心位置的測量值X25。
注意，在位置測量裝置200中，測量基板上的標記82的位置的方法不限於根據標記82的訊號強度獲得標記82的位置資訊的方法。例如，可以基於來自圖像感測器175輸出的拍攝圖像獲得相位資訊，並且可以根據相位資訊獲得標記82的位置資訊。
在本實施例中，即使在來自基板上的標記的檢測光的強度與來自標記的周邊區域的檢測光的強度之間存在較大差異的情況下，藉由針對與標記和標記的周邊區域相對應的多個攝像區域分別設置不同的靈敏度，可以高速並且高精度地測量標記的位置。因此，可以提供能夠高速並且高精度地測量基板上的標記的位置的位置測量裝置。
＜第三實施例＞ 參照圖10A、圖10B和圖10C，將描述第三實施例中的位置測量裝置。位置測量裝置具有與圖7B所示的位置測量裝置200的佈置類似的佈置，因此這裡將省略對其的詳細描述。本實施例的位置測量裝置與位置測量裝置200的不同點在於，不是測量在基板上(目標被攝體上)的一層中配設的標記的位置，而是測量由在基板上的不同層中配設的多個圖案形成的標記的位置。
圖10A是示出在用作位置測量裝置的測量目標被攝體的基板93中配設的標記92的佈置的示例的圖。在本實施例中，基板93是由最下層93B、第一層93L和第二層93U這三層形成的基板。標記92由在第一層93L中配設的第一圖案P16和在第二層93U中配設的第二圖案P26形成。第一圖案P16包括四個圖案元素P16a、P16b、P16c和P16d，並且第二圖案P26包括四個圖案元素P26a、P26b、P26c和P26d。
本實施例中的位置測量裝置藉由圖像感測器175檢測標記92，更具體地，檢測來自第一圖案P16和第二圖案P26中的各個的光(反射光和散射光)。
圖10B是示出在圖像感測器175的攝像區域上形成的標記92的圖像(更具體地，第一圖案P16的圖像和第二圖案P26的圖像)的圖。圖10C是示出基於藉由由圖像感測器175拍攝圖10B所示的標記92的圖像而獲得的拍攝圖像來產生的檢測訊號SW6的示例的圖。藉由在包括圖10B所示的標記92的圖像的拍攝圖像中，在Y方向上對圖像感測器175的各個像素的訊號強度進行積分，來產生檢測訊號SW6。參照圖10C，檢測訊號SW6中包括的波形S16對應於第一圖案P16的訊號強度(其變化)，並且檢測訊號SW6中包括的波形S26對應於第二圖案P26的訊號強度(其變化)。控制單元1200從波形S16獲得指示第一圖案P16的中心位置的測量值X16，並且從波形S26獲得指示第二圖案P26的中心位置的測量值X26。然後，控制單元1200基於測量值X16和測量值X26獲得標記92的位置資訊。
在本實施例中，基於標記92的位置，在圖像感測器175的攝像區域中設置至少兩個不同的攝像區域。更具體地，如圖10B所示，設置用於拍攝第一圖案P16的第一攝像區域R16和用於拍攝第二圖案P26的第二攝像區域R26。此外，調整圖像感測器175，使得基於來自第一攝像區域R16的輸出產生的第一圖案P16的檢測訊號的強度與基於來自第二攝像區域R26的輸出產生的第二圖案P26的檢測訊號的強度的相對比落入容許範圍內。例如，設置圖像感測器175的多個像素中的各個的靈敏度，作為對圖像感測器175的調整。注意，由於訊號強度的獲得和靈敏度的設置(靈敏度校正值的計算)與第一實施例中的類似，因此這裡將省略對其的詳細描述。然後，基於從針對第一攝像區域R16和第二攝像區域R26設置了不同靈敏度的圖像感測器175的輸出來獲得標記92的位置。
可以使用如下方法作為獲得標記92的位置的方法，其中，根據指示第一圖案P16的中心位置的測量值X16和指示第二圖案P26的中心位置的測量值X26的平均值，來獲得標記92的位置X36。此外，作為另一種方法，可以藉由對指示第一圖案P16的中心位置的測量值X16和指示第二圖案P26的中心位置的測量值X26的各個進行加權來獲得標記92的位置X36。例如，可以基於針對圖10B所示的第一攝像區域R16和第二攝像區域R26設置的靈敏度和波形S16和S26的評估參數，對圖10C所示的測量值X16和X26中的各個進行加權。更具體地，評估參數的示例是訊號強度分佈中的最大值、最小值、平均值、包括雜訊的方差、半值寬度或位置資訊，以及基於這些訊號強度值的測量值。除了波形的評估參數之外，還可以考慮如下參數來進行加權，諸如圖案被曝光的層的空間位置、要求的對準精度、以及相對於分別配設有第一圖案P16和第二圖案P26的層的輸送量(throughput)。由此，能夠高精度地測量基板上的標記92的位置，並且高精度地對準分劃板(曝光光)和基板93。
如上所述，根據本實施例中的位置測量裝置，不僅可以高速、高精度地測量在一個層中配設的標記的位置，而且可以高速並且高精度地測量由在不同層中配設的多個圖案形成的標記的位置。
＜第四實施例＞ 根據本發明實施例的物品製造方法例如適合於製造諸如設備(半導體設備、磁儲存介質、液晶顯示裝置等)的物品。該製造方法包括藉由使用曝光裝置EXA對塗敷有感光劑的基板進行曝光(在基板上形成圖案)的步驟、以及對曝光的基板進行顯影(處理基板)的步驟。此外，該製造方法可以包括其他公知步驟(氧化、成膜、沉積、摻雜、平坦化、蝕刻、抗蝕劑去除、切割、鍵合、封裝等)。本實施例的物品製造方法在物品的性能、品質、生產率和生產成本中的至少一個態樣比常規方法更有利。注意，可以藉由使用諸如壓印裝置或繪製裝置的光刻裝置來進行上述物品製造方法。
雖然參照示例性實施例對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明並不限於所公開的示例性實施例。應當對所附申請專利範圍的範圍給予最寬的解釋，以使其涵蓋所有這些變型例以及等同的結構和功能。
50:測量單元 72:測量圖案 73:基板 73B:最下層 73L:第一層 73U:第二層 75:圖像感測器 100:測量裝置 1100:控制單元 WS:基板載台 P1:第一圖案 P1a:圖案元素 P1b:圖案元素 P1c:圖案元素 P1d:圖案元素 P2:第二圖案 P2a:圖案元素 P2b:圖案元素 P2c:圖案元素 P2d:圖案元素 X1:測量值 X2:測量值 S1:波形 S130:波形 S131:波形 S2:波形 S230:波形 S231:波形 SW30:檢測訊號 X130:測量值 X230:測量值 X131:測量值 X231:測量值 SW31:檢測訊號 P13:圖像 P23:圖像 R13:第一攝像區域 R23:第二攝像區域 S13:波形 X13:測量值 X23:測量值 S23:波形 SW3:檢測訊號 S151-S157:步驟 I13:訊號強度 I23:訊號強度 I14:訊號強度 I24:訊號強度 82:標記 83:基板 161:光源 162:照明光學系統 163:照明光學系統 164:照明孔徑光闌 166:照明光學系統 167:中繼透鏡 168:偏振分束器 169:檢測孔徑光闌 170:λ/4板 171:物鏡光學系統 174:成像光學系統 175:圖像感測器 200:位置測量裝置 M20:反射鏡 31:分劃板 32:投影光學系統 39:基準板 83:基板 91:雷射干涉儀 800:光源單元 801:照明光學系統 1200:控制單元 EXA:曝光裝置 RS:分劃板載台 WS:基板載台 S101-S109:步驟 P15:圖像 P25:圖像 R15:第一攝像區域 R25:第一攝像區域 S150:波形 S250:波形 X250:測量值 SW50:檢測訊號 S15:波形 S25:波形 X25:測量值 SW5:檢測訊號 92:標記 P16:圖像 P26:圖像 93:基板 93U:第一層 93L:第二層 93B:最下層 P16a:圖案元素 P16b:圖案元素 P16c:圖案元素 P16d:圖案元素 P26a:圖案元素 P26b:圖案元素 P26c:圖案元素 P26d:圖案元素 R16:第一攝像區域 R26:第一攝像區域 S16:波形 S26:波形 SW6:檢測訊號 X16:測量值 X26:測量值 X36:測量值 81:雷射干涉儀 61:光源 62:照明光學系統 63:照明光學系統 64:照明孔徑光闌 66:照明光學系統 67:照明光學系統 68:偏振分束器 69:孔徑光闌 70:λ/4板 71:物鏡光學系統 74:成像光學系統 M2:反射鏡
[圖1A]至[圖1C]是用於說明本發明的第一實施例中的測量裝置的圖。
[圖2A]和[圖2B]是用於說明測量重疊誤差的測量處理的圖。
[圖3A]至[圖3C]是用於說明現有技術中的問題的圖。
[圖4A]和[圖4B]是用於說明第一實施例中的測量重疊誤差的測量處理的圖。
[圖5]是用於說明第一實施例中的測量重疊誤差的測量處理的序列的流程圖。
[圖6A]和[圖6B]是用於說明在圖5所示的步驟S154中進行的靈敏度校正值的具體計算方法的圖。
[圖7A]和[圖7B]是用於說明本發明的第二實施例中的曝光裝置的圖。
[圖8]是用於說明對基板進行曝光的曝光處理的序列的流程圖。
[圖9A]至[圖9C]是用於說明第二實施例中的測量標記位置的測量處理的圖。
[圖10A]至[圖10C]是用於說明第三實施例中的測量標記位置的測量處理的圖。
75:圖像感測器
P13:圖像
P23:圖像

Claims (15)

  1. 一種測量裝置，其測量在目標被攝體中配設的第一圖案的位置和第二圖案的位置，該測量裝置包括： 攝像單元，其包括檢測來自該第一圖案的光和來自該第二圖案的光的多個像素，並被構造為，形成用於藉由該多個像素拍攝該第一圖案和該第二圖案的攝像區域；以及 控制單元，其被構造為，基於來自該攝像單元的輸出，控制該攝像單元獲得該第一圖案的位置和該第二圖案的位置， 其中，該控制單元 基於該第一圖案的位置和該第二圖案的位置，在該攝像區域中設置用於拍攝該第一圖案的第一攝像區域和用於拍攝該第二圖案的第二攝像區域，並且 調整該攝像單元，使得基於來自該第一攝像區域的輸出而產生的該第一圖案的檢測訊號的強度與基於來自該第二攝像區域的輸出而產生的該第二圖案的檢測訊號的強度的相對比，落入容許範圍內。
  2. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該控制單元設置該多個像素中的各個的靈敏度，作為對該攝像單元的調整。
  3. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該控制單元單獨設置該第一攝像區域中包括的像素的靈敏度和該第二攝像區域中包括的像素的靈敏度，使得該相對比落入該容許範圍內。
  4. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該控制單元單獨設置該第一攝像區域中包括的像素的靈敏度和該第二攝像區域中包括的像素的靈敏度，使得該第一圖案的檢測訊號的強度和該第二圖案的檢測訊號的強度中的各個，低於該攝像單元的飽和位準。
  5. 根據請求項2所述的測量裝置，其中 該控制單元藉由調整該多個像素中的各個的數位增益，來設置該多個像素中的各個的靈敏度。
  6. 根據請求項2所述的測量裝置，其中 該控制單元將該第一攝像區域中包括的像素的靈敏度和該第二攝像區域中包括的像素的靈敏度中的一個，設置為1。
  7. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該控制單元在該攝像區域中的不同區域中設置該第一攝像區域和該第二攝像區域。
  8. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該控制單元， 依次進行第一測量處理和第二測量處理，該第一測量處理在第一測量範圍內以第一解析度測量該第一圖案的位置和該第二圖案的位置，該第二測量處理在小於該第一測量範圍的第二測量範圍內以高於該第一解析度的第二解析度測量該第一圖案的位置和該第二圖案的位置， 基於在該第一測量處理中獲得的該第一圖案的位置和該第二圖案的位置，在該攝像區域中設置該第一攝像區域和該第二攝像區域，並調整該攝像單元，使得該相對比落入該容許範圍內，並且 在調整該攝像單元之後，基於在該第二測量處理中獲得的來自該攝像單元的輸出，獲得該第一圖案的位置和該第二圖案的位置。
  9. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該第一圖案和該第二圖案配設在該目標被攝體上的不同層中，並且 該控制單元根據該第一圖案的位置和該第二圖案的位置，獲得該第一圖案與該第二圖案之間的相對位置。
  10. 根據請求項1所述的測量裝置，其中 該第一圖案和該第二圖案配設在該目標被攝體上的不同層中，並且 該控制單元根據該第一圖案的位置和該第二圖案的位置，獲得由該第一圖案和該第二圖案形成的圖案的位置。
  11. 一種測量裝置，其測量在目標被攝體中配設的標記的位置，該測量裝置包括： 攝像單元，其包括多個像素，並被構造為，形成用於藉由該多個像素拍攝該標記的攝像區域，該多個像素檢測來自該目標被攝體的該標記的光和來自該標記周圍的周邊區域的光；以及 控制單元，其被構造為，基於來自該攝像單元的輸出，控制該攝像單元獲得該標記的位置， 其中，該控制單元 基於該標記的位置，在該攝像區域中設置與該周邊區域相對應的第一攝像區域和用於拍攝該標記的第二攝像區域，並且 調整該攝像單元，使得基於來自該第二攝像區域的輸出而產生的該標記的檢測訊號的強度與基於來自該第一攝像區域的輸出而產生的訊號的強度的相對比，落入容許範圍內。
  12. 根據請求項11所述的測量裝置，其中 在該周邊區域中配設有裝置圖案。
  13. 一種光刻裝置，其在基板上形成圖案，該光刻裝置包括： 根據請求項11所述的測量裝置，其被構造為測量在用作目標被攝體的該基板中配設的標記的位置；以及 載台，其被構造為基於由該測量裝置測量的該標記的位置，來定位該基板。
  14. 根據請求項13所述的光刻裝置，該光刻裝置還包括： 投影光學系統，其被構造為將分劃板的圖案投影到該基板上。
  15. 一種物品製造方法，其包括如下步驟： 形成步驟，利用根據請求項13所述光刻裝置在基板上形成圖案； 處理步驟，處理在該形成步驟中形成有該圖案的該基板；以及 製造步驟，根據處理後的該基板製造物品。
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