TWI654422B - 測量裝置、壓印設備、製造產品的方法、光量確定方法及光量調整方法 - Google Patents

測量裝置、壓印設備、製造產品的方法、光量確定方法及光量調整方法

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TWI654422B
TWI654422B TW106112636A TW106112636A TWI654422B TW I654422 B TWI654422 B TW I654422B TW 106112636 A TW106112636 A TW 106112636A TW 106112636 A TW106112636 A TW 106112636A TW I654422 B TWI654422 B TW I654422B
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Abstract

一種用於測量對準標記之間的相對位置的測量裝置包括能夠以複數個波長照明對準標記的照明單元、檢測來自對準標記的光的檢測單元、獲得對準標記之間的相對位置的處理單元、以及調整單元，該調整單元調整複數個波長的光量之間的相對量，使得來自對準標記的光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。

Description

測量裝置、壓印設備、製造產品的方法、光量確定方法及光量調整方法
本發明關於測量裝置、壓印設備、製造產品的方法、光量確定方法和光量調整方法。
對半導體裝置和微機電系統(MEMS)的小型化的需求一直在增長。用於以模具在基板上模製壓印材料以在基板上形成壓印材料的圖案的微製造技術正引起關注。這種技術被稱為壓印技術。壓印技術可在基板上形成幾奈米量級的精細結構。
在壓印技術的例子中，存在光固化方法。使用光固化方法的壓印設備最初將未固化的壓印材料供給(施加)到基板的投射區域(shot area)。接著使模具與被供給到投射區域的未固化的壓印材料接觸(按壓)以用 於模製。在壓印材料和模具彼此接觸的狀態下，壓印設備接著以光(例如，紫外線)照射壓印材料以進行固化。固化的壓印材料從模具被釋放，從而在基板上形成壓印材料的圖案。
在執行這樣的處理中，壓印設備需要使模具和基板對準。日本專利申請公開第2011-181944號討論了使模具和基板彼此接觸(其間插入有壓印材料)並使模具和基板對準的方法。壓印材料最初被施加到基板上除了設置對準標記之外的地方。接下來，基板被移動到與模具相對的位置。接著使模具和基板之間的距離減少到使得對準標記未被掩埋在壓印材料之下的這樣的高度。在這種狀態下，檢測設置在模具上的對準標記和設置在基板上的對準標記，以測量對準標記之間的相對位置。基於測量結果使模具和基板對準。接著使模具和基板彼此按壓。
日本專利申請公開第2011-181944號討論了用於測量標記之間的相對位置的測量裝置，其中，根據模具和基板之間的間隙以及模具的標記部分的膜厚度來選擇入射在圖像感測器上的光的波長。原因是根據模具和基板之間的間隙，從標記所反射的光的光量會依據波長而不同地改變。
日本專利申請公開第2011-181944號討論了在檢測一對對準標記(包括在模具上的一個和基板上的一個)中之波長的選擇性使用。
多種類型的標記可被使用來作為對準標記。 例子包括標記之間的相對位置被以低測量精度測量的標記、以及標記之間的相對位置可以較高的測量精度被測量的標記。標記的反射率可以依據標記的材料、圖案形狀和厚度、以及存在或不存在形成在標記上的處理層而變化。如果標記具有不同的反射率，則在來自多種類型的標記的光的檢測光量之間存在差異。因此，在至少一種類型的標記之間的相對位置的測量信號可能無法被精確地檢測。結果，標記之間的相對位置的測量精度可能劣化。
根據本發明的一態樣，用於測量設置在第一構件上的對準標記和設置在第二構件上的對準標記之間的相對位置的測量裝置包括：照明單元，用於發射包括具有第一波長的照明光和具有不同於第一波長的第二波長的照明光的光，且照明單元被配置成照明設置在第一構件上的第一對準標記和設置在第二構件上的第二對準標記，以及照明設置在第一構件上的第三對準標記和設置在第二構件上的第四對準標記，第三對準標記不同於第一對準標記，且第四對準標記不同於第二對準標記；檢測單元，被配置成檢測來自第一對準標記和第二對準標記的光以及來自第三對準標記和第四對準標記的光，第一對準標記到第四對準標記被以照明光照明；處理單元，被配置成基於由檢測單元所檢測的來自第一對準標記和第二對準標記的光來獲得第一對準標記和第二對準標記之間的相對位置，以及基 於由檢測單元所檢測的來自第三對準標記和第四對準標記的光來獲得第三對準標記和第四對準標記之間的相對位置；以及調整單元，被配置成調整具有第一波長的照明光的光量與具有第二波長的照明光的光量之間的相對量，使得由檢測單元所檢測的來自第一對準標記和第二對準標記的光的檢測光量與由檢測單元所檢測的來自第三對準標記和第四對準標記的光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。
從例示性實施例參照所附圖式的以下描述，本發明的進一步特徵將變得清楚明瞭。
1‧‧‧壓印設備
1z‧‧‧基板
2‧‧‧照射單元
2z‧‧‧待處理材料
3‧‧‧測量裝置
3z‧‧‧壓印材料
4‧‧‧模具保持單元
4z‧‧‧模具
5‧‧‧晶圓台
5z‧‧‧槽
6‧‧‧施加單元
7‧‧‧模具
7a‧‧‧凹凸圖案
8‧‧‧晶圓
9‧‧‧紫外固化壓印材料
10‧‧‧對準標記
11‧‧‧對準標記
12‧‧‧控制單元
21‧‧‧檢測光學系統
22‧‧‧照明光學系統
23‧‧‧光源
24‧‧‧稜鏡
24a‧‧‧反射膜
25‧‧‧圖像感測器
26‧‧‧處理單元
27‧‧‧孔徑光闌
28‧‧‧孔徑光闌
30a、30b、30c、30d‧‧‧光源
31a、31b、31c、31d‧‧‧光學系統
32a、32b、32c、32d‧‧‧光學元件
33a、33b、33c‧‧‧半鏡
34‧‧‧中性密度(ND)濾光器
34a、34b、34c、34d‧‧‧中性密度(ND)濾光器
35‧‧‧擴散板
35a、35b、35c、35d‧‧‧擴散板
36‧‧‧光纖
36a、36b、36c、36d‧‧‧光纖
37‧‧‧控制單元
41‧‧‧繞射光柵
42‧‧‧繞射光柵
51a-1‧‧‧模具側標記
51a-2‧‧‧模具側繞射光柵
51a-2’‧‧‧模具側繞射光柵
52a-1‧‧‧基板側標記
52a-2‧‧‧基板側繞射光柵
52a-2’‧‧‧基板側繞射光柵
230‧‧‧光源
D1‧‧‧位置偏差量
D2‧‧‧位置偏差量
IL1‧‧‧第一極
IL2‧‧‧第二極
IL3‧‧‧第三極
IL4‧‧‧第四極
NAo‧‧‧檢測孔徑
S1~S6‧‧‧步驟
圖1是顯示壓印設備的代表性配置例子的圖。
圖2是顯示測量裝置的配置的例子的圖。
圖3是顯示測量裝置的配置的修改的圖。
圖4是顯示光源的配置例子的圖。
圖5是顯示在照明光學系統的光瞳平面(pupil plane)上的光強度分佈的圖。
圖6A是顯示設置在模具上的繞射光柵的圖，圖6B是顯示設置在基板上的繞射光柵的圖，且圖6C和圖6D是顯示莫氏圖案(moiré patterns)的圖。
圖7A是顯示棋盤狀(checkerboard-like)的第一繞射光柵的圖，圖7B是顯示第二繞射光柵的圖，圖 7C是顯示棋盤狀的第三繞射光柵的圖，且圖7D是顯示第四繞射光柵的圖。
圖8是顯示莫氏圖案和粗略檢查(rough examination)標記的圖像的圖。
圖9是顯示基板側標記的繞射效率的例子的圖。
圖10是顯示來自標記的光的光量的例子的圖。
圖11是顯示用於調整來自光源的光的光量的方法的流程圖。
圖12是顯示來自繞射光柵的光的光量的模擬波形的圖。
圖13是顯示光源的配置的修改的圖。
圖14A是顯示施加了壓印材料的基板的圖，圖14B是顯示模具和壓印材料彼此相對的狀態的圖，圖14C是顯示衝壓(stamping)和固化的圖，圖14D是顯示壓印材料的圖案的圖，圖14E是顯示蝕刻的圖，且圖14F是顯示被形成在基板上的圖案的圖。
下面將參考所附圖式詳細描述本發明的例示性實施例。
首先，將描述根據第一例示性實施例的壓印設備的配置。圖1是顯示根據本例示性實施例的壓印設備 1的代表性配置的圖。壓印設備1是用於藉由使供給到基板上的壓印材料與模具接觸並給予壓印材料用於固化的能量而在基板上形成轉印了模具的凹凸圖案的固化材料的圖案的設備。
固化性組合物(也可以被稱為未固化樹脂)被使用來作為壓印材料，固化性組合物會在被賦予用於固化的能量時固化。用於固化的能量的例子包括電磁波和熱。電磁波的例子包括紅外線、可見光束、以及波長選自大於或等於10nm且不大於1mm的範圍的紫外線。
固化性組合物是當被以光照射或被加熱時而固化的組合物。藉由光而固化的光固化性組合物至少包含聚合性化合物以及光聚合引發劑。光固化性組合物當需要時可包含非聚合性化合物或溶劑。非聚合性化合物是從包括敏化劑、氫予體(hydrogen donor)、內部脫模劑、表面活性劑、抗氧化劑以及聚合物成分的群組中所選出的至少一種。
壓印材料藉由旋轉塗布機或狹縫塗布機而以薄膜形式被施加到基板上。或者，可以使用液體噴頭將壓印材料以液滴或以由複數個連接在一起的液滴形成的島或膜的形式施加到基板上。壓印材料可具有，例如，高於或等於1mPa．s且不高於100mPa．s的黏度(在25℃的黏度)。
基板可由玻璃、陶瓷、金屬、半導體或樹脂所製成。如果需要，可在基板上形成由與基板的材料不同 的材料所製成的一個或多個構件。基板的具體例子包括矽晶圓、化合物半導體晶圓和石英玻璃。
根據本例示性實施例的壓印設備1使用光固化方法。在圖1中，假設彼此正交的X軸和Y軸在平行於基板表面的平面內。假設Z軸在垂直於X軸和Y軸的方向上。壓印設備1包括照射單元2、測量裝置3、模具保持單元4、晶圓台5、施加單元6以及控制單元12。
照射單元2是用於以紫外線來照射模具7和晶圓(基板)8上的壓印材料的照射設備，以在使模具7和壓印材料彼此接觸的衝壓處理之後固化壓印材料。照射單元2包括用於發射紫外線的光源、以及複數個光學元件，複數個光學元件用於以從光源發射的紫外線用預定形狀均勻地照射模具7和壓印材料。尤其是，照射單元2的光照射區域(照射範圍)可期望地與模具7的凹凸圖案7a的表面區域大致相同，或稍大於凹凸圖案7a的表面區域。其目的是使照射區域最小化，從而抑制由於照射所造成的熱所引起的模具7或晶圓8的膨脹，以避免被轉印到壓印材料的圖案的位置偏移或變形。其另一個目的是防止由晶圓8所反射的紫外線到達施加單元6並固化殘留在施加單元6的排出部分上的壓印材料從而在施加單元6的後續操作中造成異常。可用的光源的例子包括高壓汞燈、各類型的準分子燈、準分子雷射器和發光二極體。光源根據要被照射的壓印材料的特性而被適當地選擇。光源的類型、數量和波長沒有特別的限制。
模具7是在其與晶圓8相對的表面上具有三維地形成的預定圖案(例如，像是電路圖案之類的凹凸圖案7a)的模具。模具7可由能夠透射紫外線的材料所製成，例如，石英。
模具保持單元4是用於藉由真空吸力或靜電力來吸引和保持模具7的模具保持單元。模具保持單元4包括模具卡盤、模具驅動機構和模具倍率校正機構。模具驅動機構在Z軸方向上移動模具卡盤。模具倍率校正機構使模具7在X軸方向和Y軸方向上變形，以校正轉印到壓印材料上的圖案的變形。模具驅動機構被設置來將模具7壓靠在被施加到晶圓8上的紫外固化壓印材料上。壓印設備1的模具按壓和釋放操作可藉由以此方式使模具7在Z軸方向上移動來實現。或者，例如，可藉由在Z軸方向上移動晶圓台5(晶圓8)來實現模具按壓和釋放操作。模具7和晶圓台5均可被移動。
晶圓台5是，例如，可藉由真空抽吸來保持晶圓8並在XY平面內移動晶圓8的基板保持單元。晶圓8的例子是由單晶矽所製成的基板。要由模具7模製的紫外固化壓印材料9被施加到基板的待處理表面。
壓印設備1包括用於執行晶圓8和模具7(第一構件和第二構件)之間的相對對準的測量的測量裝置3。測量裝置3光學地檢測設置在模具7上的對準標記10和設置在晶圓8上的對準標記11，並測量對準標記10和11之間的相對位置。測量裝置3被配置成根據設置在模 具7或晶圓8上的對準標記的位置而可在X軸和Y軸方向上移動。為了聚焦在對準標記10和11的位置上，測量裝置3亦被配置成可在Z軸方向上移動。
控制單元12電連接到照射單元2、測量裝置3、模具保持單元4、晶圓台5以及施加單元6，並向其發送控制命令以及從其獲得資訊。例如，控制單元12獲得關於由測量裝置3所測量的對準標記10和11之間的相對位置的資訊，並基於該資訊控制模具保持單元4的模具倍率校正機構(對準單元)和晶圓台5的驅動。下面將詳細描述測量裝置3和對準標記10和11。
施加單元6是用於將壓印材料9施加到晶圓8上的施加單元。壓印材料9是具有藉由接收紫外線而固化的特性的光固化性壓印材料。壓印材料9依據半導體裝置的類型而被適當地選擇。在圖1中，施加單元6被包括在壓印設備1的內部。施加單元6可被安裝在壓印設備1的外部，而不是在壓印設備1的內部。如果施加單元6被安裝在外部，則預先由施加單元6施加了壓印材料9的晶圓8被引入到壓印設備1中。根據這樣的配置，在壓印設備1中不存在施加步驟使得壓印設備1能夠更快地處理。
接下來，將描述藉由壓印設備1的壓印處理。首先，晶圓8藉由未示出的基板輸送單元而被輸送到晶圓台5上。晶圓8被放置和固定在晶圓台5上。接下來，晶圓台5被移動到施加單元6的施加位置。接著，作為施加步驟，施加單元6向晶圓8的預定投射(壓印)區 域施加壓印材料9。接下來，晶圓台5被移動以使得晶圓8的施加表面來到模具7的正下方。接著，模具驅動機構被驅動以將模具7壓靠在晶圓8的壓印材料9上(衝壓步驟)。此時，模具7的衝壓使得壓印材料9沿著形成在模具7上的凹凸圖案7a流動。測量裝置3檢測設置在晶圓8和模具7上的對準標記10和11。晶圓台5被驅動以用於模具7的衝壓表面和晶圓8的施加表面之間的對準。模具倍率校正機構對模具7執行倍率校正。經由這些操作，壓印材料9已完全地流到凹凸圖案7a，且完成了模具7和晶圓8之間的對準以及對模具7的倍率校正。在這種狀態下，作為照射步驟，照射單元2以紫外線照射模具7的背面(上表面)以使得壓印材料9被從模具7透過的紫外線固化。此時，測量裝置3被定位在不會阻擋紫外線的光路的位置。模具驅動機構接著被再次驅動以釋放模具7和晶圓8(脫模步驟)。藉由這些步驟，模具7的凹凸圖案7a被轉印到晶圓8上。
接下來，將描述分別設置在模具7和晶圓8上的對準標記10和11以及測量裝置3的細節。圖2是顯示根據本例示性實施例的測量裝置3的配置的例子的圖。測量裝置3包括檢測光學系統(檢測單元)21、照明光學系統(照明單元)22、處理單元26以及控制單元37。照明光學系統22藉由使用稜鏡24將來自光源23的光引導到與檢測光學系統21的光軸相同的光軸，並照明對準標記10和11。光源23的例子包括鹵素燈(halogen lamp) 、發光二極體(LED)、半導體雷射器(semiconductor laser)(雷射二極體(laser diode，LD))、高壓汞燈(high pressure mercury lamp)和金屬鹵素燈(metal halide lamp)。光源23被配置成發射不包含用於固化抗蝕劑的紫外線的可見光束或紅外線。控制單元37控制光源23的驅動。檢測光學系統21和照明光學系統22被配置成共用它們的某些構成光學構件。稜鏡24被佈置在檢測光學系統21和照明光學系統22的光瞳平面上或附近。對準標記10和11包括，例如，繞射光柵。檢測光學系統21在圖像感測器25(感測器)上形成藉由來自被照明光學系統22照明的對準標記10和11的繞射光束的干涉所產生的干涉圖案(莫氏圖案)的圖像。圖像感測器25的例子包括電荷耦合裝置(CCD)圖像感測器以及互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器。處理單元26獲取並處理由圖像感測器25所捕捉的圖像數據。由於干涉圖案(莫氏圖案)是藉由來自模具7和晶圓8上的對準標記10和11的繞射光所產生的，所獲得的莫氏圖案的光量依據模具7和晶圓8的繞射效率而變化。繞射效率依據波長而週期性地變化。在某些波長處，可以用高效率來檢測莫氏圖案。在某些波長處，難以檢測莫氏圖案。具有難以檢測莫氏圖案的波長的光對於由圖像感測器25所檢測的測量信號而言可為雜訊(noise)。處理單元26是控制單元12的一部分。處理單元26獲得關於由圖像感測器25所捕捉的圖像的資訊，並藉由基於圖像的計算來確定對準標記10和 11之間的相對位置。測量裝置3的控制單元12基於被確定的相對位置來控制對準單元，並執行對準以減少至少包括對準標記10和11的區域的相對位置偏差。以此方式，能夠以高精度來使基板圖案和模具圖案對準(registerd)。
稜鏡24包括在其接合表面上的反射膜24a。反射膜24a旨在反射在照明光學系統22的光瞳平面的周邊部分中的光。反射膜24a亦作用為用來界定檢測光學系統21的光瞳尺寸或檢測數值孔徑(NA)的孔徑光闌。稜鏡24可為具有在其接合表面上的半透明膜的半稜鏡。可使用在表面上形成有反射膜的板狀光學元件來代替稜鏡。在稜鏡24的周邊部分中的反射膜24a的區域可被配置為透射部分，且稜鏡24的中心部分可被配置為反射部分。換言之，可切換光源23和圖像感測器25的位置。
根據本例示性實施例的照明光學系統22的光瞳平面上的光強度分佈和用於界定檢測光學系統21的檢測NA的位置不一定需要被定位在稜鏡24的位置處。例如，如圖3所示，檢測光學系統21和照明光學系統22可分別包括獨立的孔徑光闌28和27。在這種配置中，孔徑光闌28的孔徑形狀界定檢測光學系統21的檢測NA。孔徑光闌27的孔徑形狀確定照明光學系統22的光瞳平面上的光強度分佈。具有在其接合表面上的半透明膜的半稜鏡可以被用作稜鏡24。
接著，將描述光源23。圖4是顯示光源23的詳細配置的圖。光源23包括複數個光源30a、30b、30c、 及30d(30a至30d)。複數個光源30a至30d被顯示為半導體雷射器。然而，並不限於此。複數個光源可以是LED、鹵素燈、金屬鹵素燈、高壓汞燈或鈉汽燈(sodium vapor lamp)。這些光源可被組合使用。複數個光源30a至30d被配置成發射彼此不同波長的光。例如，第一光源30a發射具有第一波長的光。第二光源30b發射具有與第一波長不同的第二波長的光。第一光源30a可發射具有第一波長帶的光，且第二光源30b可發射具有與第一波長帶不同的第二波長帶的光。為了增加特定波長(帶)處的光的量，複數個光源30a至30d中的一些光源可被配置成發射相同波長(帶)的光。此外，光源和波長(波長帶)的數量不限於四個。
光學系統31a、31b、31c和31d(31a至31d)為，例如，透鏡。光學系統31a至31d分別對應於相應的複數個光源30a至30d而設置。光學系統31a至31d將從相應的複數個光源30a至30d所發射的光成形為期望的狀態(形狀)。通過光學系統31a至31d的光被光學元件32a、32b、32c和32d(32a至32d)所反射或透過光學元件32a、32b、32c和32d，且被組合成單一光束。光學元件32a至32d的例子包括二向分色鏡(dichroic mirror)和半鏡。如果用於光的組合的複數個光源30a至30d具有彼此相差大約50nm或更大的波長，則可將二向分色鏡用於組合。如果用於光的組合的複數個光源30a至30d具有相同或相似的波長並因此無法藉由二向分色鏡有 效地組合，則將半鏡用於光的組合。在圖4中，複數個光源30a至30d被串聯地組合。然而，光源30a至30d可被組合為並聯的兩個。可考慮光源30a至30d的類型和波長以及考慮空間來選擇組合方法。複數個光源30a至30d與用於驅動光源30a至30d的控制單元(改變單元)37連接。控制單元37可改變複數個光源30a至30d的驅動電流和施加的電壓，以獨立地改變光源30a至30d的輸出能量(來自光源30a至30d的光的量)。可為每個光源設置控制單元。
藉由光學元件32a至32d所組合的光被通過用於光量調整的中性密度(ND)濾光器34。ND濾光器34是能夠調整通過的光的強度的元件。例如，被施加到石英的金屬膜的類型和/或厚度可改變透射光的量。為了調整光源23的光量，準備具有不同透射率的多種類型的濾光器來作為ND濾光器34。插入到光路中的ND濾光器34根據所需的光量被切換。可使用透射率依據光通過濾光器的位置而連續地變化之這種類型的濾光器。ND濾光器34調整藉由組合來自光源30a至30d的光所獲得的光的光量。
通過ND濾光器34的光透過擴散板35且被引導到光纖36。半導體雷射器具有窄到幾奈米的波長帶，且可在要被觀察到的圖像上由於干涉而造成的雜訊(散斑雜訊(speckle noise))。因此，為了減少被觀察到的散斑雜訊，擴散板35被旋轉以暫時改變波形的狀態。從光 纖36發射的光是從光源23發射的光。
在從每個光源發射的光與來自其它光源的光組合之前的相應光路中，可對應於複數個光源30a至30d分別佈置能夠改變透射光的量的ND濾光器(改變單元)。透射率依據光通過濾光器的位置而連續地變化的這種類型的濾光器可被使用來作為ND濾光器。可準備具有彼此不同的透射率的多種類型的濾光器，且可根據所需的透射光的量來切換插入到光路中的濾光器。由光學元件32a至32d組合的光可藉由繞射光柵而在光譜上被分散，且可藉由以使用ND濾光器(其透射光的量隨著位置而改變)來調整分散光的光量分佈來調整具有各別波長的光的光量。
圖5是顯示在測量裝置3的照明光學系統22的光瞳平面上的光強度分佈(IL1，IL2，IL3，IL4)與檢測光學系統21的光瞳平面上的檢測孔徑NAo之間的關係的圖。在圖5中，照明光學系統22的光瞳平面(孔徑光闌27)和檢測光學系統21的光瞳平面中的孔徑(孔徑光闌28)被顯示為彼此重疊。在本例示性實施例中，照明光學系統22的光瞳平面上的光強度分佈包括作為圓形配置的光強度分佈的第一極IL1、第二極IL2、第三極IL3和第四極IL4。每個極包括在極中的光強度的峰值。藉由使用在垂直於對準標記10和11的繞射光柵的週期性方向(第一方向)的方向上傾斜地入射的光以及在平行於週期性方向的方向上傾斜地入射的光，照明光學系統22以這 樣的極IL1至IL4來照明對準標記10和11。由於孔徑光闌27如上所述地被佈置在照明光學系統22的光瞳平面上，可藉由單一光源23來形成複數個極(第一極IL1至第四極IL4)。如果因此從來自一個光源的光形成了具有複數個極(峰值)的光強度分佈，則測量裝置3可被簡化或減少尺寸。
將參照圖6A、圖6B、圖6C和圖6D來描述藉由來自繞射光柵標記的繞射光之莫氏條紋的產生與使用莫氏條紋之標記(模具7和晶圓8)之間的相對位置的測量的原理。圖6A顯示設置在模具7上之對應於對準標記10的繞射光柵41。圖6B顯示設置在晶圓8上之對應於對準標記11的繞射光柵42。繞射光柵41和42具有稍微不同的週期的週期性圖案(光柵)。如果使具有各自不同的光柵週期的兩個繞射光柵彼此靠近並重疊，則來自兩個繞射光柵的繞射光束彼此干涉以產生被稱為莫氏條紋的圖案，其具有反映出繞射光柵之間的週期差的週期。莫氏條紋的相位根據繞射光柵之間的相對位置而變化。因此可檢測莫氏條紋以確定繞射光柵41和42之間的相對位置，亦即，模具7和晶圓8之間的相對位置。
更具體地，如果使具有稍微不同的週期的繞射光柵41和42重疊，則來自繞射光柵41和42的繞射光束重疊以產生如圖6C中所示的具有反映出週期差的週期的莫氏條紋。如上所述，莫氏條紋的明暗位置(圖案相位)隨著繞射光柵41和42之間的相對位置而變化。例 如，如果繞射光柵41和42中的任一個在X方向上被移動，則圖6C中所示的莫氏條紋改變為圖6D中所示的莫氏條紋。莫氏條紋放大繞射光柵41和42之間的位置偏差的實際量，並顯示為較大週期的圖案。因此，即使檢測光學系統21具有低的解析度，也能夠以高精度來檢測繞射光柵41和42之間的相對位置。
對於這種莫氏條紋檢測，考慮其中在亮的視場中檢測繞射光柵41和42的情況(繞射光柵41和42被垂直照明，且檢測被繞射光柵41和42垂直地繞射的繞射光束)。在這種情況下，檢測光學系統21檢測來自繞射光柵41和42的均勻的零級光(zeroth-order light)。零級光導致莫氏條紋的對比度的降低。因此，測量裝置3被配置成不檢測零級光，亦即，具有用於以傾斜入射光照明繞射光柵41和42的暗的視場配置。
在本例示性實施例中，為了用暗的視場配置來檢測莫氏條紋，對準標記10和11中的任一個被配置成包括像是如圖7A中所示的棋盤狀第一繞射光柵。另一個被配置成包括如圖7B中所示的第二繞射光柵。第一繞射光柵是在X方向(第一方向)及與X方向正交的Y方向(第二方向)上都是週期性的繞射光柵。第二繞射光柵是在X方向(第一方向)上為週期性的且在X方向上具有與第一繞射光柵的週期不同的週期的繞射光柵。第一方向和第二方向不限於正交方向，且為了測量的目的，僅需要第一方向和第二方向相互不同。
第一繞射光柵被以在Y方向上傾斜地入射之來自圖5中所示的第一極IL1和第二極IL2的光照射。光藉由第一繞射光柵而在Y和X方向上被繞射，且藉由具有稍微不同的週期的第二繞射光柵而在Y方向上被繞射。這種繞射光帶有關於第一繞射光柵和第二繞射光柵在X方向上的相對位置資訊。繞射光入射在圖5中所示的檢測光學系統21的光瞳平面上的檢測區域(NAo)上，並由圖像感測器25檢測為莫氏條紋。處理單元26可從藉由圖像感測器25所捕捉的莫氏條紋的圖像來確定X方向(測量方向)上兩個繞射光柵之間的相對位置。
來自圖5中所示的第三極IL3和第四極IL4的光未被用於圖7A和圖7B中所示的繞射光柵之間的相對位置的測量。然而，來自第三極IL3和第四極IL4的光被用於檢測圖7C和圖7D中所示的繞射光柵之間的相對位置。圖7C顯示在X方向及與X方向正交的Y方向上都是週期性的棋盤狀的第三繞射光柵。圖7D顯示在Y方向上為週期性的且在Y方向上具有與第三繞射光柵的週期不同的週期的第四繞射光柵。第三繞射光柵被以在X方向上傾斜地入射之來自第三極IL3和第四極IL4的光照射。光藉由第三繞射光柵而在Y和X方向上被繞射，且藉由具有稍微不同的週期的第四繞射光柵而在Y方向上被繞射。這種繞射光帶有關於第三繞射光柵和第四繞射光柵在Y方向上的相對位置資訊。繞射光入射在圖5中所示的檢測光學系統21的光瞳平面上的檢測區域(NAo)上，並由圖 像感測器25檢測為莫氏條紋。處理單元26可從藉由圖像感測器25所捕捉的莫氏條紋的圖像來確定Y方向(測量方向)上第三繞射光柵和第四繞射光柵之間的相對位置。來自第一極IL1和第二極IL2的光未被用於第三繞射光柵和第四繞射光柵之間的相對位置的測量。在本例示性實施例中，圖7A和圖7B中所示的繞射光柵組以及圖7C和圖7D中所示的繞射光柵組被佈置在檢測光學系統21(圖像感測器25)的同一視場內，以同時檢測兩個方向(X和Y方向)上的相對位置。在這種情況下，以在圖5中所示的照明光學系統22的光瞳平面上的光強度分佈來照射四個繞射光柵是非常有效的。
接下來，將描述用於測量模具7和晶圓8之間的相對位置的對準標記10和11的細節。圖8是示意性地顯示當使模具7和晶圓8彼此靠近時所測量之來自對準標記10和11的光的圖像的圖。本例示性實施例使用用於形成莫氏條紋的繞射光柵標記、具有圓形形狀的模具側標記51a-1(第四對準標記)以及具有三角形形狀的基板側標記52a-1(第三對準標記)。對準標記10包括模具側標記51a-1。對準標記11包括基板側標記52a-1。
測量裝置3在同一時間可藉由一個圖像感測器25的成像平面而在圖8中所示的外框的範圍內進行測量(捕捉圖像)。換言之，要被成像的預定區域包括多種類型的標記。然而，圖像感測器的數量不限於一個，且可使用複數個圖像感測器。測量裝置3的處理單元26獲得 由圖像感測器25所捕捉的模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的圖像。接著，基於此圖像，處理單元26參考模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之各自的幾何中心位置來確定模具側標記51a-1和基板側標記52a-1(亦即，模具7和晶圓8)之間的位置偏差量D1。模具側標記51a-1和基板側標記52a-1被預先設計成在Y方向上以預定的參考距離被分開。因此，參考距離與位置偏差量D1之間的差是模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的相對位置偏差。
模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的尺寸可被減少，且因此僅佔用小的面積。相較於藉由測量由繞射光柵所產生的莫氏條紋所獲得的相對位置的測量精度，模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的相對位置的測量精度為低的(粗略檢查)。取決於標記51a-1和52a-1的反射率，模具側標記51a-1和基板側標記52a-1也可具有檢測光的量的差。如果光的量的差為大的，則模具側標記51a-1和基板側標記52a-1被以如同較小光量的標記可被檢測的那樣亮的光來進行照射。接著，可使較大光量的標記的信號飽和，以造成測量誤差。因此，需要抑制來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的光的量之間的差。
還提供了與模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的類型(材料、形狀和/或厚度)不同類型的對準標記。更具體地，提供了基板側繞射光柵52a-2(第一對準 標記)和模具側繞射光柵51a-2(第二對準標記)。模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2重疊以產生莫氏圖案。模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2中的任一個具有圖7C中所示的週期性圖案。另一個具有圖7D中所示的週期性圖案。由於兩個圖案在測量方向(Y方向)上具有稍微不同的週期，出現光量在Y方向上變化的莫氏圖案。隨著模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2在相對位置上發生變化，莫氏圖案移動。莫氏圖案的移動量大於模具側繞射光柵51a-2與基板側繞射光柵52a-2之間的相對位置的變化量。因此，相較於藉由使用模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的相對位置的測量精度，可精確地測量(仔細檢查(close examination))模具側繞射光柵51a-2與基板側繞射光柵52a-2之間的相對位置。
隨著模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2在相對位置上發生變化，依據模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2的週期之間的大小關係，莫氏圖案(光量分佈)在不同的方向上移動。例如，如果模具側繞射光柵51a-2的週期大於基板側繞射光柵52a-2的週期，則隨著晶圓8在+Y方向上相對地位移，莫氏圖案在+Y方向上位移。另一方面，如果模具側繞射光柵51a-2的週期小於基板側繞射光柵52a-2的週期，則隨著晶圓8在+Y方向上相對地位移，莫氏圖案在-Y方向上位移。因此，可由此基於莫氏圖案的位移方向以及模具側繞射光柵 51a-2和基板側繞射光柵52a-2的週期之間的大小關係來檢測模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2之間的相對位置偏差的方向。
還提供了另一組繞射光柵，亦即，模具側繞射光柵51a-2'和基板側繞射光柵52a-2'。模具側繞射光柵51a-2'和基板側繞射光柵52a-2'在測量方向上的週期之間的大小關係與模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2之間的大小關係相反。因此，如果模具7和晶圓8在相對位置上發生變化，則由兩組繞射光柵所產生的兩個莫氏圖案在相反的方向上移動。因此，藉由獲得兩個莫氏圖案之間的位置偏差量D2，能夠以高精度來測量繞射光柵之間的相對位置。
隨著模具側繞射光柵和基板側繞射光柵之間的相對位置偏差的量增加，週期性地出現具有相同的光量分佈的莫氏圖案。相對位置的測量範圍窄化至一個週期的範圍內。藉由使用具有更寬的測量範圍的模具側標記51a-1和基板側標記52a-1，可獲得在比一個週期寬的範圍上的模具7與晶圓8之間的相對位置偏差。換言之，藉由使用上述多種類型的對準標記，可在由圖像感測器25所捕捉的區域內測量模具7的一部分與晶圓8的一部分之間的相對位置偏差。模具側標記51a-1和基板側標記52a-1可被其他用於產生莫氏圖案的繞射光柵所取代，只要藉由檢測來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的光所獲得的相對位置偏差不會產生與上述一個週期相對應的位置誤 差即可。這種繞射光柵可具有不同的材料、形狀和/或厚度。
接下來，將描述用於照明上述對準標記的照明光。設置在模具7和晶圓8上的對準標記的反射率隨著材料、圖案形狀、厚度和基板的處理結構而變化。反射率也隨波長變化。
圖9顯示晶圓上的標記的第一級繞射效率的例子。此例子顯示假設晶圓上的標記的模擬的結果，該晶圓上的標記以在先前形成的圖案上形成材料S的層以用於處理形成(process formation)這樣的方式來配置。材料S的層位於標記的圖案表面上。透過材料S的層、被標記的圖案表面所反射並再次透過材料S的光被檢測為第一級繞射光。在這種例子中，在500nm波長的附近的繞射效率為低的，且在750nm波長的附近的繞射效率為高的。貢獻因素是材料S對光的吸收和材料S的厚度。因此，有利地使用具有在750nm附近的波長的光來觀察在這樣的晶圓上的標記。
圖10顯示來自模具側標記51a-1的光、來自基板側標記52a-1的光、以及從繞射光柵51a-2和52a-2所產生的莫氏圖案的光量的例子。縱軸上的光量指示當以相同的光的量照明標記51a-1和52a-1時來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的光的光量。對於莫氏圖案，光量指示莫氏圖案的最大光量。莫氏圖案是包括關於模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2之間的相對位 置的資訊的光量分佈。不包括在模具側繞射光柵51a-2和基板側繞射光柵52a-2的端部處所產生的雜訊光(noise light)。在圖10中，模具側標記51a-1的光量在540nm波長的附近為高的，且在780nm波長的附近為低的。基板側標記52a-1的光量在540nm波長的附近被認為是低的，且在720nm波長的附近變成為最大的。莫氏圖案的光量在540nm波長的附近被認為是低的，且在720nm波長的附近變成為最大的。
在540nm的波長處，來自模具側標記51a-1的光的光量為高的，且來自基板側標記52a-1的光的光量和來自莫氏圖案的光量為相對低的。因此，來自基板側標記52a-1和莫氏圖案的光具有低的對比度(信雜(S/N)比)，且當由圖像感測器25所檢測時可能導致檢測精度的降低。因此，在照明這種對準標記時，在照明光中具有波長在540nm的附近的光可能被期望地減少。為此目的，減少複數個光源30a至30d中發射波長在540nm的附近的光的一個或複數個光源的輸出能量(光量)。
接著，由圖像感測器25所檢測的來自模具側標記51a-1的光量、來自基板側標記52a-1的光量以及莫氏圖案的光量之間的相對值被調整為落在預定範圍內。可能期望地藉由調整從光源23所發射的複數個波長(第一波長和第二波長)的光的光量來進行調整。在此處，預定範圍指的是大致相同的光量。原因在於如果標記之間的光量差為大的，則當由圖像感測器25檢測標記時，一種類 型的標記的測量信號可能飽和。然後其它類型的標記的測量信號變得不能被檢測，且標記之間的相對位置變得難以被以高精度檢測。如果在單一波長的照明光下的標記之間的光量差為大的，則可加入另一波長的照明光下的標記之間的光量差，以減少標記之間的光量差。尤其是，可能期望地將第一波長的光量與具有第二波長的光的光量之間的相對量調整為使得由圖像感測器25所檢測的來自模具側標記51a-1的光量或來自基板側標記52a-1的光量以及莫氏圖案的光量之間的相對值落在預定範圍內。如果具有不同波長帶的光源被用作光源30a至30d，則控制單元37(調整單元)獨立地調整從光源30a至30d發射的光的量(輸出能量)，以調整光源23的複數個波長之間的相對光量，使得標記之間的光的檢測量的差減少。在某些情況下，控制單元37(調整單元)可停止特定波長的光源的輸出。換言之，控制單元37(調整單元)調整從第一光源所發射的具有第一波長的光的光量與從第二光源所發射的具有第二波長的光的光量之間的相對量。如上所述，佈置在各個光源30a至30d的光路中的ND濾光器(調整單元)可用於調整從第一光源所發射的具有第一波長的光的光量與從第二光源所發射的具有第二波長的光的光量之間的相對量。如本文所採用的那樣，光量之間的相對量指的是光量之間的相對差，例如，光量差和光量比。為了以相等的量改變來自模具側標記和基板側標記的光的光量，可使用佈置在複數個波長的光的組合之後的光路中的ND濾 光器34來將光量控制為所需的光量。此外，光源30a至30d和ND濾光器34兩者可被控制來用於光量調整。
接下來，將描述用於調整來自光源23的光的光量的方法。圖11顯示用於調整來自光源23的光的光量的方法的流程圖。由於標記之間的光量差隨著形成在模具7和晶圓8上的複數個標記的類型和組合而變化，光量調整是根據形成在模具7和晶圓8上的標記來執行的。
在步驟S1中，複數個光源30a至30d中除了一個光源之外的光源在最初被關閉，或者除了來自此一個光源之外的光被阻擋。設置在模具7和晶圓8上的多種類型的標記僅被以來自此一個光源的具有第一波長的光照明。圖像感測器25檢測來自各個多種類型的標記的光的光量。在步驟S2中，將由圖像感測器25所檢測的關於各個多種類型的標記的光量的數據儲存到與圖像感測器25連接的處理單元26的記憶體中。在步驟S3中，對其它光源(例如，具有不同於第一波長的第二波長的光源)執行步驟S1和S2中的處理。以這種方式，可發現各個波長對來自當標記被由所有光源30a至30d(複數個波長)照明時所檢測到的各個標記的光的光量的貢獻率。在步驟S4中，基於被儲存在記憶體中的數據來識別用於抑制檢測光量的標記，並確定具有對檢測光量高的貢獻率的波長。在步驟S5中，控制單元37控制光源23以減少具有被確定的波長的光的光量。此時，控制單元37可依據對檢測光量的貢獻率的降序來調整光源的發光量。步驟S1至S5中 的處理可由控制單元12自動地控制。
光量調整的目標為，例如，模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的光量差落入預定規格值(允許範圍)內。各個標記51a-1和52a-1的光量為不弱的可被加入作為額外目標。關於模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的光量差的規格值的例子是模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的光量比的四倍。來自各個標記51a-1和52a-1的光的光量為不弱的之範圍指的是能夠被圖像感測器25所檢測的範圍。這種範圍的例子是大於或等於可由圖像感測器25檢測的最大光量的40%。換言之，在步驟S4和S5中，確定第一波長和第二波長的目標光量。目標光量被確定為使得由圖像感測器25所檢測的來自繞射光柵51a-2和52a-2的光的檢測光量與來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。目標光量也根據可由圖像感測器25檢測的最大光量來確定。接著，將第一波長的光的光量和第二波長的光的光量調整到被確定的目標光量。
標記之間的光量差由設置在模具7和晶圓8上的標記的類型和組合來確定。因此，可相對於每種類型的模具7和每種類型的晶圓8來獲得關於多種類型的標記的光量或者波長對來自標記的光量的貢獻率的數據，並事先儲存在作為數據庫的記憶體中。在實際測量中，基於模具7的類型、晶圓8的類型及其數據庫來調整光源23的複數個波長之間的相對光量，使得標記的檢測光量之間的 相對值落在預定範圍內。數據庫可以儲存模具7的類型、晶圓8的類型及光源23的複數個波長之間的相對光量之間的關係。
在上述光量調整之後，在步驟S6中，以來自調整了光量的光源23的光照明多種類型的標記。圖像感測器25檢測多種類型的標記。基於檢測結果，獲得了標記之間的相對位置偏差。換言之，設置在晶圓8上的第一對準標記和設置在模具7上的第二對準標記被以包括具有第一波長的照明光和具有不同於第一波長的第二波長的照明光的照明光照明。設置在晶圓8上且與第一對準標記不同的第三對準標記以及設置在模具7上且與第二對準標記不同的第四對準標記被以包括具有第一波長的照明光和具有第二波長的照明光在內的照明光照明。來自被以照明光所照明的第一對準標記和第二對準標記的光以及來自被以照明光所照明的第三對準標記和第四對準標記的光藉由圖像感測器25而被檢測。基於來自第一對準標記和第二對準標記的檢測光獲得第一對準標記和第二對準標記之間的相對位置。基於來自第三對準標記和第四對準標記的檢測光獲得第三對準標記和第四對準標記之間的相對位置。
如圖10中所示，來自標記的光的光量的波長特性依據標記的類型而不同。因此，已知的標記期望地被以適當波長的光照明和檢測。莫氏圖案的光量在720nm和780nm的波長處為高的。因此，對於產生莫氏圖案的繞射光柵51a-2和52a-2，可檢測光量高的720至780nm 波長的附近的光。繞射光柵51a-2和52a-2可僅被以720至780nm波長的附近的光來照明。繞射光柵51a-2和52a-2可被以更寬波長帶的光來照明，且可僅檢測來自繞射光柵51a-2和52a-2的720nm至780nm波長的附近的光。模具側標記51a-1的光量隨著波長從540nm轉移到780nm而減少。基板側標記52a-1的光量在540nm波長的附近為低的，且在720nm波長左右為峰值。為了以相等的光量檢測模具側標記51a-1和基板側標記52a-1，可檢測具有比720至780nm短的600至660nm的波長的光。模具側標記51a-1和基板側標記52a-1可僅被以具有600至660nm的波長的光照明。模具側標記51a-1和基板側標記52a-1可被以更寬波長帶的光來照明，且可僅檢測來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之具有600至660nm的波長的光。
例如，在複數個光源30a至30d中只有發射具有720nm或780nm的波長的光的一個或複數個光源被打開來照明繞射光柵51a-2和52a-2。藉由圖像感測器25檢測來自繞射光柵51a-2和52a-2的莫氏圖案。接著，確定繞射光柵51a-2和52a-2(晶圓8和模具7)之間的相對位置。在複數個光源30a至30d中，只有發射具有600至660nm的波長的光的一個或複數個光源被打開來照明模具側標記51a-1和基板側標記52a-1。藉由圖像感測器25檢測來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1的光。接著，獲得模具側標記51a-1和基板側標記52a-1之間的相 對位置。標記可被同時照明或者在不同時間被輪流照明。如果標記被同時照明，則來自標記的光可被同時檢測或在不同時間被輪流檢測。此外，不限於在照明單元側執行光量調整。可藉由使用更寬波長帶的照明光來照明標記，且可使用檢測單元側的一個或複數個ND濾光器來調整具有要由圖像感測器25所檢測的波長的光的光量。
如上所述，根據本例示性實施例，標記的光量之間的檢測到的相對值落在預定範圍內。因此，可以從多種類型的標記的檢測結果來精確地獲得標記之間的相對位置。
在以上描述中，從光源23所發出的各波長處的光的光量在光源23內部被調整。然而，光量調整並不限於此，且可在檢測單元側來執行。例如，可以在檢測單元側設置一個或複數個濾色器，且可藉由使用濾色器(一個或複數個)來調整由圖像感測器25所檢測的在各個波長處的檢測光量之間的相對值。來自標記的光可藉由二向分色鏡被逐個波長地分支，並經由ND濾光器入射到複數個感測器上，使得感測器檢測各個波長的光。可改變ND濾光器的透射光量，以調整由感測器所檢測的各個波長的光的檢測光量之間的相對值。
在第二例示性實施例中，雜訊光的強度被用作調整光源中各個波長的光量的目標。可能期望沒有雜訊光。然而，在照明光的某些波長處，雜訊(N)可高於來自標記的測量信號(S)。如果存在大量雜訊，則可能發 生標記之間的相對位置的測量的誤差。光量接著被調整以減少雜訊。
將描述來自極的未被用於測量圖7A和圖7B中所示的繞射光柵之間的相對位置的光的影響。例如，來自圖5中所示的第三極IL3和第四極IL4的光在圖7A和圖7B中所示的繞射光柵組上(在繞射光柵的週期方向的端部(繞射光柵圖案的兩端)處)引起散射和繞射。圖12顯示當繞射光柵被以第一至第四極IL1至IL4照明時在模具8和晶圓7的可能條件下藉由光學模擬所獲得的來自繞射光柵(包括莫氏條紋)的光的測量信號。圖12顯示當繞射光柵分別在540nm、660nm和780nm的波長處被照明時來自繞射光柵(包括莫氏條紋)的光的光量分佈。橫軸指示繞射光柵上的位置。遠離中心的外圍位置對應於繞射光柵在週期方向上的端部。縱軸指示在繞射光柵被以各波長的光的相同光量照明的情況下來自繞射光柵的光的光量。如果繞射光柵以540nm的波長被照明，則光量在繞射光柵圖案的兩端附近產生高的峰值。還存有小次峰值。這些峰值歸因於在端部處從繞射光柵的連續圖案(光柵條件)的不連續所產生的光。當在亮的視場中檢測繞射光柵時，也會發生這種現象，而當在暗的視場中檢測繞射光柵時，此現象為特別明顯的。如果發生在繞射光柵圖案的兩端的光或次峰值的光混合成莫氏信號，則在包含關於繞射光柵之間的相對位置的資訊的莫氏信號的檢測期間發生誤差。已知540nm的波長在包含關於繞射光柵之間的 相對位置的資訊的莫氏圖案的波形中幾乎不會產生任何起伏(ups and downs)。換言之，由於具有540nm的波長的光僅作為雜訊，且因此期望的是不將其用於檢測莫氏圖案。如果以具有660nm的波長的光照明繞射光柵，則光量也在繞射光柵的端部處達到峰值，而觀察到莫氏條紋信號的一些起伏。如果以具有780nm的波長的光照明繞射光柵，則可看出的是，在繞射光柵的端部處的光量低於莫氏條紋信號的光量。如上所述，在測量繞射光柵之間的相對位置時，來自繞射光柵的光的光量分佈依據波長而不同。雜訊分量的大小也隨波長而變化。
因此，控制單元37控制光源23，以在用於照明光柵的光中減少產生雜訊光的具有540nm的波長的光的光量，從而減少來自繞射光柵的雜訊光。控制單元37調整各個波長的光量，以將繞射光柵的端部處的雜訊光減少到來自模具側標記51a-1和基板側標記52a-1以及莫氏圖案的光的檢測光量被固定且標記之間的光量比未達到或超過四倍之這樣的範圍內。
除了標記的檢測光量之外，關於繞射光柵的端部處的雜訊光的光量(雜訊光量)的數據可被儲存在記憶體中作為光量調整的目標，使得可基於被儲存的數據執行上述的光量調整。如果減少具有特定波長的光的光量以減少雜訊光量，則莫氏圖案的光量也可能降低。如果莫氏圖案的光量比雜訊光量降低得大，則測量誤差可能增大。舉個簡單的例子，在繞射光柵的端部處的光量是莫氏圖案 的光量的兩倍或更多倍的情況下，可以確定光量在繞射光柵的端部處達到峰值。由於“繞射光柵的端部處的光量=莫氏圖案的光量+雜訊光量”，在繞射光柵的端部處的雜訊光量大於莫氏圖案的光量。因此，調整光源23在各個波長處的光量，使得在繞射光柵的端部處所檢測到的光的檢測光量變得小於來自繞射光柵的中心部分的光的檢測光量的兩倍。以這種方式，標記之間的相對位置的測量誤差可藉由減少具有對雜訊光的影響大於對莫氏圖案的光量的貢獻之波長的光的光量而被減少。
如上所述，根據本例示性實施例，減少了來自繞射光柵的端部的雜訊光的影響，並減少了粗略檢查標記的檢測光量與繞射光柵(仔細檢查標記)的檢測光量之間的相對量。因此，可從標記的檢測結果精確地檢測標記之間的相對位置。
在第一例示性實施例中，一個光源23被配置成將光從一個光纖36發射到一個測量裝置3。在第三例示性實施例中，一個光源230經由複數個光纖將光發射到複數個測量裝置3。如圖13中所示，光源230包括被佈置在光路中以將光路分支的半鏡33a、33b和33c。使被分支的光束入射到光纖36a、36b、36c和36d上，以分別產生四個光源束。例如，從光纖36a發射的光可被使用來作為第一測量裝置的光源23的光。從光纖36b發射的光可被使用來作為另一個測量裝置的光源23的光。ND濾光器34a和擴散板35a被佈置在半鏡33b和光纖36a之間的光 路中。ND濾光器34b和擴散板35b被佈置在半鏡33c和光纖36b之間的光路中。ND濾光器34c和擴散板35c被佈置在半鏡33b和光纖36c之間的光路中。ND濾光器34d和擴散板35d被佈置在半鏡33c和光纖36d之間的光路中。因此，可調整各個光源的光的光量，且可減少散斑雜訊。
如果因此而使用複數個測量裝置來測量晶圓8和模具7之間的相對位置，則可在複數個分開的位置處測量標記之間的相對位置，例如，在晶圓8的投射區域的四個角落(四個區域)處。根據測量結果，可獲得模具7和/或晶圓8的旋轉和倍率的變形。如果執行對準以減少在四個區域中的每一個區域處的標記之間的相對位置偏差，則可在整個投射區域上精確地對準基板圖案和模具圖案。圖13顯示使用三個分支單元的情況，然而分支單元的數量不限於此。
將描述第四例示性實施例。藉由使用壓印設備所形成的固化物品的圖案被永久地用作各種產品的至少一部分，或暫時地在製造各種產品時被使用。產品的例子包括電路元件、光學元件、MEMS、記錄元件、感測器和模具。電路元件的例子包括揮發性或非揮發性半導體記憶體(例如，動態隨機存取記憶體(DRAM)、靜態隨機存取記憶體(SRAM)、快閃記憶體及磁性隨機存取記憶體(MRAM))、以及半導體元件(例如，大型積體電路(large scale integration，LSI)、CCD、影像感測器及現 場可程式閘陣列(field-programmable gate array，FPGA))。模具的例子包括用於壓印的模具。
固化物品的圖案被簡單地用作為產品的至少一部件或暫時地用作為抗蝕劑遮罩。在基板處理步驟中，抗蝕劑遮罩在蝕刻或離子注入之後被移除。
接下來，將描述用於製造產品的具體方法。如圖14A中所示，準備在其表面上形成有待處理材料2z(例如，絕緣體)的基板1z(例如，矽晶圓)。接著藉由噴墨印刷將壓印材料3z施加到待處理材料2z的表面。圖14A顯示壓印材料3z的複數個液滴被施加到基板1z上的狀態。
如圖14B中所示，模具4z的用於壓印的凹凸圖案側與基板1z上的壓印材料3z相對。如圖14C中所示，被施加有壓印材料3z的基板1z與模具4z接觸並加壓。壓印材料3z填充模具4z和待處理材料2z之間的間隙。在這種狀態下，以作為固化能量的光經由模具4z照射壓印材料3z，從而使壓印材料3z固化。
如圖14D中所示，在壓印材料3z的固化之後，使模具4z和基板1z分離，從而在基板1z上形成壓印材料3z的固化物品的圖案。固化物品的圖案具有使得模具4z的凹部對應於固化物品的突出且模具4z的突出對應於固化物品的凹部的形狀。換言之，模具4z的凹凸圖案被轉印到壓印材料3z。
如圖14E中所示，將固化物品的圖案作為蝕 刻抗蝕劑遮罩的情況下執行蝕刻。待處理材料2z之沒有固化物品或只剩下固化物品的薄層的表面被移除以形成槽5z。如圖14F中所示，當固化物品的圖案被移除時，可獲得具有形成在待處理材料2z的表面中的槽5z的產品。雖然固化物品的圖案被移除，但可使固化物品的圖案在處理之後不被移除。例如，這種固化物品的圖案可被使用來作為被包含在半導體元件中的層間絕緣膜，亦即，作為產品的部件。
以上已經描述了本發明的例示性實施例。然而，本發明不限於這樣的例示性實施例，且在不偏離其要旨的情況下可進行各種改變和修改。例如，應用上述測量裝置3的設備不限於壓印設備。測量裝置3可被應用於一般而言用來形成圖案的光刻設備。
雖然已經參照例示性實施例描述了本發明，但應理解的是，本發明不限於所揭露的例示性實施例。以下申請專利範圍的範疇應被賦予最寬廣的解釋，以涵蓋所有這類型的修改以及等效的結構和功能。

Claims (16)

  1. 一種測量裝置，包括：照明單元，具有第一光源以及第二光源，該第一光源被配置成發射具有第一波長的照明光，該第二光源被配置成發射具有不同於該第一波長的第二波長的照明光，且該照明單元被配置成照明設置在第一構件上的第一對準標記和設置在第二構件上的第二對準標記，以及照明設置在該第一構件上的第三對準標記和設置在該第二構件上的第四對準標記；檢測單元，被配置成檢測來自該第一對準標記和該第二對準標記的光以及來自該第三對準標記和該第四對準標記的光；處理單元，被配置成基於來自該第一對準標記和該第二對準標記的檢測光來獲得該第一對準標記和該第二對準標記之間的第一相對位置，以及基於來自該第三對準標記和該第四對準標記的檢測光來獲得該第三對準標記和該第四對準標記之間的第二相對位置；以及調整單元，被配置成調整來自該第一光源之具有該第一波長的光的光量以及來自該第二光源之具有該第二波長的光的光量，使得由該檢測單元所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記的該光的檢測光量與由該檢測單元所檢測的來自該第三對準標記和該第四對準標記的該光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。
  2. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該調整單元包括改變單元，該改變單元被配置成改變被配置成發射具有該第一波長的該照明光的該第一光源以及被配置成發射具有該第二波長的該照明光的該第二光源的輸出能量；並且其中，該調整單元被配置成控制該改變單元以調整從該第一光源所發射的具有該第一波長的該照明光的光量以及從該第二光源所發射的具有該第二波長的該照明光的光量。
  3. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該調整單元被配置成調整具有該第一波長的該光的該光量以及具有該第二波長的該光的該光量，使得由該檢測單元所檢測的來自該第三對準標記的該光的檢測光量和來自該第四對準標記的該光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該檢測單元包括被配置來獲得對準標記的圖像的圖像感測器，其中，該圖像感測器藉由獲得在該圖像感測器的成像平面上被佈置為平行的該第一對準標記、該第二對準標記、該第三對準標記和該第四對準標記的圖像來獲得該第一對準標記、該第二對準標記、該第三對準標記和該第四對準標記的該等圖像，以及其中，從該第一對準標記、該第二對準標記、該第三對準標記和該第四對準標記之所獲得的該等圖像獲得該檢測光量。
  5. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，藉由以該檢測單元檢測來自該第一對準標記和該第二對準標記的該光而獲得的該第一對準標記和該第二對準標記之間的該第一相對位置的測量精度高於藉由以該檢測單元檢測來自該第三對準標記和該第四對準標記的該光而獲得的該第三對準標記和該第四對準標記之間的該第二相對位置的測量精度。
  6. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該第一對準標記是在第一方向和與該第一方向不同的第二方向上都具有週期的第一繞射光柵，且該第二對準標記是在該第二方向上具有週期的第二繞射光柵，在該第二方向上之該第二繞射光柵的該週期與該第一繞射光柵的該週期不同。
  7. 如申請專利範圍第6項的測量裝置，其中，該檢測單元包括被配置來獲得對準標記的圖像的圖像感測器，以及其中，該圖像感測器被配置來獲得由該第一繞射光柵和該第二繞射光柵所產生的莫氏圖案的圖像、該第三對準標記的圖像以及該第四對準標記的圖像。
  8. 如申請專利範圍第7項的測量裝置，其中，該調整單元被配置成調整具有該第一波長的該光的該光量以及具有該第二波長的該光的該光量，使得由該檢測單元所檢測的來自該第一繞射光柵和該第二繞射光柵的端部的光的檢測光量小於來自該第一繞射光柵和該第二繞射光柵的中心部分的光的檢測光量的兩倍。
  9. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，還包括控制單元，該控制單元被配置來確定具有該第一波長的該光的目標光量以及具有該第二波長的該光的目標光量，使得由該檢測單元所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記的該光的該檢測光量與來自該第三對準標記和該第四對準標記的該光的該檢測光量之間的該相對值落在該預定範圍內，並且其中，該調整單元被配置來將具有該第一波長的該光的光量和具有該第二波長的該光的光量調整到各別所確定的該目標光量。
  10. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該調整單元被配置成調整具有該第一波長的該光的該光量以及具有該第二波長的該光的該光量，使得由該檢測單元所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記的該光的該檢測光量與來自該第三對準標記和該第四對準標記的該光的該檢測光量大於或等於能夠由該檢測單元所檢測的最大光量的40%。
  11. 如申請專利範圍第1項的測量裝置，其中，該第一對準標記為第一繞射光柵，該第二對準標記為第二繞射光柵，該第三對準標記不同於繞射光柵該第四對準標記不同於繞射光柵。
  12. 如申請專利範圍第11項的測量裝置，其中，該調整單元調整具有該第一波長的該光的該光量以及具有該第二波長的該光的該光量，使得由該第一繞射光柵及該第二繞射光柵所繞射的該光的該檢測光量與來自該第三對準標記或該第四對準標記的該光的該檢測光量之間的該相對值落在預定範圍內。
  13. 一種壓印設備，用於藉由使用模具來在基板上的壓印材料上形成圖案，該壓印設備包括：如申請專利範圍第1項的測量裝置，被配置成測量設置在該基板上的對準標記與設置在該模具上的對準標記之間的相對位置；以及對準單元，被配置成基於由該測量裝置所測量的該相對位置來對準該基板和該模具，其中，該基板和該模具藉由使用該對準單元而被對準，且該圖案藉由使用該模具而被形成在該基板上的該壓印材料上。
  14. 一種製造產品的方法，該方法包括：藉由使用如申請專利範圍第13項的壓印設備來在基板上形成圖案；處理在上面形成有該圖案的該基板；以及從被處理的該基板製造該產品。
  15. 一種確定方法，用於在藉由使用包括具有第一波長的照明光以及具有不同於該第一波長的第二波長的照明光的照明光來測量設置在第一構件上的對準標記以及設置在第二構件上的對準標記之間的相對位置中，確定具有該第一波長的該照明光的光量和具有該第二波長的光的照明光量，該測量包括藉由使用包括具有該第一波長的該照明光以及具有該第二波長的該照明光的該照明光來照明設置在該第一構件上的第一對準標記和設置在該第二構件上的第二對準標記，以及照明設置在該第一構件上的第三對準標記和設置在該第二構件上的第四對準標記，該第三對準標記不同於該第一對準標記，且該第四對準標記不同於該第二對準標記，藉由感測器檢測來自該第一對準標記和該第二對準標記的光以及來自該第三對準標記和該第四對準標記的光，該第一對準標記到該第四對準標記被用該照明光來照明，以及基於來自該第一對準標記和該第二對準標記的檢測光來獲得該第一對準標記和該第二對準標記之間的相對位置，並基於來自該第三對準標記和該第四對準標記的檢測光來確定該第三對準標記和該第四對準標記之間的相對位置，該確定方法包括確定具有該第一波長的該光的該光量和具有該第二波長的該光的該光量，使得由該感測器所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記的該光的檢測光量與來自該第三對準標記和該第四對準標記的該光的檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。
  16. 一種調整方法，用於在藉由使用包括具有第一波長的照明光以及具有不同於該第一波長的第二波長的照明光的照明光來測量設置在第一構件上的對準標記以及設置在第二構件上的對準標記之間的相對位置中，調整具有該第一波長的該照明光的光量和具有該第二波長的該照明光的光量，該調整方法包括：藉由使用具有該第一波長的該照明光來照明設置在該第一構件上的第一對準標記和設置在該第二構件上的第二對準標記，以及照明設置在該第一構件上的第三對準標記和設置在該第二構件上的第四對準標記，該第三對準標記不同於該第一對準標記，且該第四對準標記不同於該第二對準標記，作為第一檢測，藉由感測器檢測來自該第一對準標記和該第二對準標記之具有該第一波長的光以及來自該第三對準標記和該第四對準標記之具有該第一波長的光，該第一對準標記到該第四對準標記被用具有該第一波長的該照明光來照明，藉由使用具有該第二波長的該照明光來照明該第一對準標記和該第二對準標記以及照明該第三對準標記和該第四對準標記；作為第二檢測，藉由該感測器檢測來自該第一對準標記和該第二對準標記之具有該第二波長的光以及來自該第三對準標記和該第四對準標記之具有該第二波長的光，該第一對準標記到該第四對準標記被用具有該第二波長的該照明光來照明；以及基於在該第一檢測中所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記之具有該第一波長的該光的檢測光量以及來自該第三對準標記和該第四對準標記之具有該第一波長的該光的檢測光量，以及在該第二檢測中所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記之具有該第二波長的該光的檢測光量以及來自該第三對準標記和該第四對準標記之具有該第二波長的該光的檢測光量，來調整具有該第一波長的該光的該光量和具有該第二波長的該光的該光量，使得由該感測器所檢測的來自該第一對準標記和該第二對準標記之具有該第一波長和該第二波長的該光的該檢測光量與來自該第三對準標記和該第四對準標記之具有該第一波長和該第二波長的該光的該檢測光量之間的相對值落在預定範圍內。
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