用于光刻系统的对准系统和方法

摘要

一种光刻装置的对准系统，包括对准辐射源，具有第一检测器通道和第二检测器通道的检测系统，与检测系统通信连接的定位单元。定位单元用于处理来自第一和第二检测器通道的信息，并将其结合从而根据组合信息确定第一物体上的对准标记相对于第二物体上的参考位置的位置。

权利要求

1.一种光刻装置的对准系统，包括：

对准辐射源；

包括第一检测器通道和第二检测器通道的检测系统；

与所述检测系统通信连接的定位单元，

其中所述定位单元用于处理来自所述第一和第二检测器通道的信息，并将其结合来确定工件上对准标记的位置，所述结合考虑所述工件的制造过程，其中所述第一检测器通道为第一非零衍射级通道，所述第二检测器通道为第二非零衍射级通道；

所述定位单元用于通过利用来自所述第一和第二检测器通道的结合信息进行预测的方法来确定所述对准标记的所述位置；

所述预测方法包括使连续函数至少匹配由第一和第二检测器通道的组合信息确定的所述对准标记的所述位置。

2.如权利要求1所述的对准系统，其中所述定位单元通过相等地加权来自所述第一和第二检测器通道的第一和第二信号而处理来自所述第一和第二检测器通道的所述信息。

3.如权利要求1所述的对准系统，其中所述定位单元用于通过用因数加权来自所述第一和第二检测器通道的第一和第二信号而处理采自所述第一和第二检测器通道的所述信息，所述因数取决于从一组可测量中选择的至少一个可测量，所述一组可测量包括多重相关系数，微型复制，信噪比，信号形状，信号包络，焦距，倾斜，级通道位置偏移，波长通道位置偏移，段间移动和粗一精位置偏差，其中参数多重相关系数表示测得信号与理想对准标记所预期的信号的相似程度；微型复制是对准测量的不同区域或部分的对准位置的标准偏差，表示对准位置的精度；信噪比是由合格信号除以横过所测信号光谱的相对噪讯水平；而信号形状是所述光谱中数个离散频率的相对级，通常是基频的倍数；信号包络是测量过程中信号强度的方差；焦距是测量过程中晶片的高度偏移；倾斜是测量过程中晶片角度和探测器角度之间的角度；级通道位置偏移是一个波长的不同通道的对准位置的测量差；波长通道位置偏移是不同波长通道的对准位置的测量差；段间移动是多个分段对准标记的不同段的对准位置的测量差；以及粗-精位置偏差是在精确相位处的对准标记位置相对于以粗略相位处的对准标湖记测量值为基础的理想位置之间的差。

4.如权利要求1所述的对准系统，其中所述预测方法为基于固定数据集的静态预测。

5.如权利要求1所述的对准系统，其中所述预测方法基于初始数据集，该初始数据集在确定所述工件上所述对准标记的所述位置的过程中可被修改。

6.如权利要求4所述的对准系统，其中所述固定数据集包括所述工件上所述对准标记的位置的相关性。

7.如权利要求1所述的对准系统，其中所述预测方法通过连续函数、以基本上为零的由加工引起的系统误差预测对准标记的位置。

8.如权利要求7所述的对准系统，其中所述由加工引起的基本上为零的系统误差对应于由化学机械抛光过程引入的系统误差。

9.如权利要求1所述的对准系统，其中所述定位单元用于通过包括另一工件上检测的对准标记的信息来确定所述对准标记的所述位置。

10.如权利要求1所述的对准系统，其中所述对准辐射源包括提供第一波长的照明辐射的激光器。

11.如权利要求10所述的对准系统，其中所述对准辐射源进一步包括提供第二波长的照明辐射的第二激光器。

12.如权利要求1所述的对准系统，其中所述对准辐射源包括适合提供多个波长的照明辐射的宽波段源。

13.如权利要求1所述的对准系统，其中所述检测系统包括第一检测器和第二检测器，所述第一检测器用于向所述第一检测器通道提供第一检测信号，所述第二检测器用于向所述第二检测器通道提供第二检测信号。

14.如权利要求1所述的对准系统，其中所述检测系统用于检测多靶对准标记的第一靶和所述多靶对准标记的第二靶。

15.如权利要求14所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第一靶包括位于一部分所述第一靶的上方或下方的至少一种结构。

16.如权利要求14所述的对准系统，其中所述检测系统用于检测多靶对准标记的第一靶来提供第一检测信号，并且所述检测系统用于检测所述多靶对准标记的第二靶来提供第二检测信号。

17.如权利要求14所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为一个加工靶，其在所述工件的所述制造过程中经受预定变化。

18.如权利要求17所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第二靶在所述工件的所述制造过程中经受比所述第一靶小的变化来为所述第一靶提供坚固的备份靶。

19.如权利要求14所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为牺牲靶，其在所述工件的所述制造过程中被破坏。

20.如权利要求14所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第一靶在所述工件的第一材料层中，所述多靶对准标记的所述第二靶在所述工件的第二材料层中。

21.如权利要求14所述的对准系统，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为衍射级增强光栅，第一衍射级在该光栅处的衍射相对于在纯周期光栅处有所增强；所述多靶对准标记的所述第二靶为衍射级增强光栅，第二衍射级在该光栅处的衍射相对于在纯周期光栅处有所增强；所述第一衍射级为一整数值，其不同于第二衍射级的整数值。

22.如权利要求1所述的对准系统，其中所述检测系统进一步包括第三检测器通道，在进行校准和品质鉴定中的至少一种时，所述定位单元用于处理来自所述第一、第二和第三检测器通道的信息并将其结合来确定所述工件上所述对准标记的所述位置。

23.一种光刻投影系统，包括：

照明系统，适于提供照明辐射；

基底台组件，适于安排在所述照明辐射路径中；

分化板台组件，设置在所述照明辐射路径中介于所述照明系统和所述基底台组件之间；

投影系统，设置在所述分化板台组件和所述基底台组件之间；和

对准系统，设置为最接近基底台组件和分化板台组件中的至少一个；

其中所述对准系统包括：

对准辐射源；

包括第一检测器通道和第二检测器通道的检测系统；

与所述检测系统通信连接的定位单元，

其中所述定位单元用于处理来自所述第一和第二检测器通道的信息，并将其结合来确定工件上对准标记的位置，所述结合考虑所述工件的制造过程，其中所述第一检测器通道为第一非零衍射级通道，所述第二检测器通道为第二非零衍射级通道；

所述定位单元通过利用来自所述第一和第二检测器通道的结合信息进行预测的方法来确定所述对准标记的所述位置；

其中所述预测方法包括使连续函数匹配由第一和第二检测器通道的组合信息确定的所述对准标记的至少一个所述位置。

24.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述定位单元通过相等地加权来自所述第一和第二检测器通道的第一和第二信号而处理来自所述第一和第二检测器通道的所述信息。

25.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述定位单元用于通过用因数加权来自所述第一和第二检测器通道的第一和第二信号而处理来自所述第一和第二检测器通道的所述信息，所述因数取决于从一组可测量中选择的至少一个可测量，所述一组可测量包括多重相关系数，微型复制，信噪比，信号形状，信号包络，焦距，倾斜，级通道位置偏移，波长通道位置偏移，段间移动和粗一精位置偏差，其中参数多重相关系数表示测得信号与理想对准标记所预期的信号的相似程度；微型复制是对准测量的不同区域或部分的对准位置的标准偏差，表示对准位置的精度；信噪比是由合格信号除以横过所测信号光谱的相对噪讯水平；而信号形状是所述光谱中数个离散频率的相对级，通常是基频的倍数；信号包络是测量过程中信号强度的方差；焦距是测量过程中晶片的高度偏移；倾斜是测量过程中晶片角度和探测器角度之间的角度；级通道位置偏移是一个波长的不同通道的对准位置的测量差；波长通道位置偏移是不同波长通道的对准位置的测量差；段间移动是多个分段对准标记的不同段的对准位置的测量差：以及粗一精位置偏差是在精确相位处的对准标记位置相对于以粗略相位处的对准标记测量值为基础的理想位置之间的差。

26.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述预测方法为基于固定数据集的静态预测。

27.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述预测方法基于初始数据集，该初始数据集在确定所述工件上所述对准标记的所述位置的过程中可被修改。

28.如权利要求26所述的光刻投影装置，其中所述固定数据集包括所述工件上所述对准标记的位置的相关性。

29.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述预测方法预测对准标记的位置，所述对准标记具有由加工引起的基本上为零的系统误差。

30.如权利要求29所述的光刻投影装置，其中所述由加工引起的基本上为零的系统误差对应于由化学机械抛光过程引入的系统误差。

31.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述定位单元用于通过包括第二工件上检测的对准标记的信息来确定所述对准标记的所述位置。

32.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述对准辐射源包括提供第一波长的照明辐射的激光器。

33.如权利要求32所述的光刻投影装置，其中所述对准辐射源进一步包括提供第二波长的照明辐射的第二激光器。

34.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述对准辐射源包括适合提供多个波长的照明辐射的宽波段源。

35.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述检测系统包括第一检测器和第二检测器，所述第一检测器用于向所述第一检测器通道提供第一检测信号，所述第二检测器用于向所述第二检测器通道提供第二检测信号。

36.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述检测系统用于检测多靶对准标记的第一靶和所述多靶对准标记的第二靶。

37.如权利要求36所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第一靶包括位于一部分所述第一靶的上方或下方的至少一种结构。

38.如权利要求36所述的光刻投影装置，其中所述检测系统用于检测多靶对准标记的第一靶来提供所述第一检测信号，并且所述检测系统用于检测所述多靶对准标记的第二靶来提供所述第二检测信号。

39.如权利要求36所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为一个加工靶，其在所述工件的所述制造过程中经受预定变化。

40.如权利要求39所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第二靶在所述工件的所述制造过程中经受比所述第一靶小的变化来为所述第一靶提供坚固的备份靶。

41.如权利要求36所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为牺牲靶，其在所述工件的所述制造过程中被破坏。

42.如权利要求38所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第一靶在所述工件的第一材料层中，所述多靶对准标记的所述第二靶在所述工件的第二材料层中。

43.如权利要求38所述的光刻投影装置，其中所述多靶对准标记的所述第一靶为衍射级增强光栅，第一衍射级在该光栅处的衍射相对于在纯周期光栅处有所增强；所述多靶对准标记的所述第二靶为衍射级增强光栅，第二衍射级在该光栅处的衍射相对于在纯周期光栅处有所增强；所述第一衍射级为一整数值，其不同于第二衍射级的整数值。

44.如权利要求23所述的光刻投影装置，其中所述检测系统进一步包括第三检测器通道，在进行校准和品质鉴定中的至少一种时，所述定位单元用于处理来自所述第一，第二和第三检测器通道的信息并将其结合来确定所述工件上所述对准标记的所述位置。

45.一种对准用于微器件制造的工件的方法，包括：

在所述工件上形成对准标记；

利用对准系统检测所述对准标记；

接收响应所述对准标记的来自所述对准系统的第一非零衍射级通道的第一信号；

接收响应所述对准标记的来自所述对准系统的第二非零衍射级通道的第二信号：和基于根据所述工件经历的制造过程而结合得到的所述第一和第二信号的结合信息，确定所述工件上所述对准标记的位置；

其中通过利用所述第一和第二信号的结合信息进行预测的方法来确定所述对准标记的所述位置；

其中所述预测方法包括使连续函数至少匹配由第一和第二信号的结合信息确定的所述对准标记的所述位置。

46.如权利要求45所述的对准工件的方法，其中所述对准标记为多靶对准标记，所述第一信号响应所述多靶对准标记的第一靶，所述第二信号响应所述多靶对准标记的第二靶。

47.如权利要求45所述的对准工件的方法，其中所述对准系统包括产生所述第一信号的第一检测器和产生所述第二信号的第二检测器，所述第一和第二信号基本上同时产生。

48.如权利要求47所述的对准工件的方法，其中对准标记为多靶对准标记，所述第一信号响应所述多靶对准标记的第一靶，所述第二信号响应所述多靶对准标记的第二靶。

49.如权利要求45所述的对准工件的方法，进一步包括确定用于支撑工件的台组件上基准标记的位置并确定相对于所述基准标记的所述对准标记的所述位置。

50.如权利要求46所述的对准工件的方法，其中所述多靶对准标记沿着所述工件上相邻微器件区域之间的刻划线形成。

51.如权利要求46所述的对准工件的方法，其中所述第一靶为第一衍射光栅，所述第二靶为第二衍射光栅。

52.如权利要求51所述的对准工件的方法，其中所述第一和第二衍射光栅为衍射级增强光栅。

53.如权利要求46所述的对准工件的方法，其中所述第一靶具有不同于所述第二靶的图案。

54.如权利要求46所述的对准工件的方法，其中所述第一靶具有基于所述微器件结构而设置的子结构。

55.如权利要求46所述的对准工件的方法，其中所述检测所述多靶对准标记包括使用对准辐射束照射所述多靶对准标记。

56.如权利要求47所述的对准工件的方法，其中从所述对准系统第一检测器接收的所述第一信号对应于所述对准辐射束照射所述第一靶之后检测对准辐射的第一对非零级衍射束，从所述对准系统第二检测器接收的所述第二信号对应于所述对准辐射束照射所述第二靶之后检测对准辐射的第二对非零级衍射束，所述第一和第二对非零阶衍射束具有彼此不同的级。

57.如权利要求45所述的对准工件的方法，其中所述确定所述对准标记的所述位置包括基于所述第一和第二信号预测位置。

说明书

用于光刻系统的对准系统和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于光刻投影装置的对准系统，以及具有这种对准系统的光刻投影装置，尤其涉及这样一种对准系统，该对准系统使用基本上平行检测到的至少两个单独的信号来检测对准标记的位置和/或检测多靶标记的位置。

背景技术

[0002] 光刻投影装置是制造集成电路和/或其他微型设备的主要部件。借助于这种装置，具有不同掩膜图案的许多掩膜在精确对准的位置顺次成像到基底上，如半导体晶片或LCD板。基底必须在已经彼此对准的连续图像之间经历理想的物理和化学变化。在基底用掩膜图案曝光之后从装置中移开，并且在基底经历理想的加工步骤之后，为了用第二掩膜图案的像对其进行曝光而将其放回，等等，但必须确保第二掩膜图案的像和随后掩膜图案的像相对于基底精确定位。为此，光刻投影装置配有对准系统，利用该对准系统，相对于掩膜上的对准标记来对准基底上的对准标记。

[0003] 光刻装置不仅可以用于制造IC，而且可以用于制造具有细节尺寸为1微米或更小数量级的其他结构。例如磁畴存储器的集成的或总体的光学系统或者导向和检测图形结构、微机电系统(MEMS)结构，以及液晶显示板结构。在制造这些结构中，必须使掩膜图案的像相对于已经曝光到基底上的像非常精确地对准。

[0004] 光刻装置可以是步进装置或者分步一扫描装置。在步进(stepping)装置中，掩膜图案一次曝光成像在一个基底的曝光区域。随后，基底如此相对于掩膜移动：将下一个曝光区域置于掩膜图案和投影透镜系统下面，掩膜图案成像于该下一曝光区域上。重复这一过程直到基底的所有曝光区域都有掩膜图案成像。在分步-扫描(step-and-scan)装置中，也进行上述步进过程，但是掩膜图案不是一次曝光成像，而是经过扫描移动成像。在掩膜图案成像的过程中，基底与掩膜同时相对于投影系统和投射束移动，同时考虑投影系统的放大率。掩膜图案连续曝光部分的一系列并置的部分图像成像在一个曝光区域中。掩膜图案在曝光区域完全成像之后，对下一个曝光区域进行这一步骤。可能的扫描过程在1986年5月的杂志“Semiconducors International”中第137-142页，由D.A.Markle撰写的论文：“Sub-micron 1：1 Optical Lithography”中记载。

[0005] 美国专利5,243,195公开了一种配有对准系统并用于制造IC的光学光刻投影装置。该对准系统包括用于使基底对准标记相对于该对准单元对准的偏轴对准单元。此外，该对准系统包括用于使基底标记经投影透镜(TTL)相对于掩膜标记对准的第二对准单元。经投影透镜对准(轴上对准)经常用于许多当代光学光刻投影装置中，并提供以下优势，基底和掩膜可以直接彼此对准。当使用偏轴对准方法时，必须考虑美国专利5,243,195中所述的基线位移量。然而，随着IC部件尺寸的不断减小和复杂性的提高，已经证实轴上对准系统难以得到充分地改进以实现所需的精密度和准确度。

[0006] 有关基底每单位表面积的电子元件的增长数量以及这些元件合成的较小尺寸，对制造集成电路的精度有日益严格的要求。因此连续掩膜成像在基底上的位置必须越来越准确地固定。在制造具有更小线宽的新一代IC时，必须提高对准精度，或者换句话说，必须可以检测更小的偏差，从而使对准系统的分辨能力得以提高。另一方面，由于在减小线宽的情况下需要投影透镜系统更大的数值孔径(NA)，因此也必须对基底的平面度有更严格的要求。该系统焦点的深度随NA增大而减小。由于某些像场曲率出现在投影透镜系统中所希望的相对较大的像场处，因此很难为基底的不均匀度留有空间。为了得到基底的理想平面度，已经提出在投影装置中通过化学机械抛光(CMP)方法，在用不同掩膜图案进行两个连续曝光之间对基底进行抛光。然而，该抛光过程影响轴上对准方法的精度。在轴上对准方法中，光栅用作基底对准标记，由该光栅衍射第一级的子光束用于将基底标记成像在分化板标记上。在该方法中，当基底光栅标记的重力点相对于分化板对准标记的重力点对准时，假定基底相对于分化板准确对准。在这种情况下，假定每个光栅标记的重力点与光栅的几何中心重合。然而，CMP方法使基底光栅标记不对称，从而使该对准方法不再可靠。此外，各种工艺步骤使对准标记发生变化，包括引入不对称性和基底光栅标记的槽有效深度的变化。其他加工步骤和/或方法经常引入不同类型的误差。例如，铜-镶嵌过程会在IC表面的随机分布中引入对准误差。随着光刻技术构造的结构的尺寸减小和复杂性提高，不断要求提高对准精度。不提高对准精度，就不能实现分辨率的提高。此外，微器件复杂性的提高更需要技术来控制并将制造过程中由于对准误差而必须丢弃的基底数量降到最小。

[0007] 发明概述

[0008] 因此本发明的目的是提供一种光刻投影装置的对准系统，其具有改进的对准精度和/或稳定性。

[0009] 为了实现本发明的这些和其他目的，提供了一个带有对准辐射源的光刻装置的对准系统；包括第一检测器通道和第二检测器通道的检测系统；以及与所述检测系统通信的定位单元。定位单元处理来自第一和第二检测器通道的信息的组合，并根据该组合信息确定在第一目标上的对准标记相对于在第二目标上的参考位置的位置。

[0010] 根据本发明的另一个实施例，光刻投影装置具有照射辐射源；基底台部件，设置在照射辐射源的辐射路径上；分化板台部件，设置在源和基底台部件之间照射辐射源的辐射路径上；投影系统设置在分化板台部件和基底台部件之间；偏轴对准系统设置为接近投影系统并最接近基底台部件。所述偏轴对准系统具有对准辐射源；包括第一检测器通道和第二检测器通道的检测系统；与检测系统通信的定位单元。定位单元处理来自第一和第二检测器通道的信息的组合，用以根据该组合信息确定在第一目标上的定位标记相对于在第二目标上的参考位置的位置。对准系统可以位于远离照射辐射的所述辐射路径。需要来自对准系统的对准辐射能到达基底台部件。

[0011] 根据本发明的另一个实施例，提供了一种制造微器件的工件的对准方法，包括在工件上形成多靶对准标记；应用带有多个检测器的对准系统扫描多靶对准标记，其中多靶对准标记的第一靶适合于由对准系统中多个检测器的第一检测器进行检测，多靶对准标记的第二靶适合于由对准系统中多个检测器的第二检测器进行检测；接收来自对准系统中第一检测器的第一信号，该信号是对多靶对准标记的第一靶的响应；接收来自对准系统中第二检测器的第二信号，该信号是对多靶对准标记的第二靶的响应；根据第一和第二信号的信息来确定在工件上的对准标记相对于预定参考位置的位置。

[0012] 根据本发明的另一个实施例，提供了一种在制造微器件中在工件上捕获对准标记的方法，包括在工件上形成多光栅对准标记；应用具有多个检测器的对准系统扫描多光栅对准标记；从所述多光栅对准标记中选择第一和第二光栅；将第一基本周期信号与第二基本周期信号进行比较，所述第一基本周期信号来自根据多个检测器的第一检测器得到的多光栅对准标记的第一光栅，所述第二基本周期信号来自根据多个检测器的第二检测器得到的多光栅对准标记的第二光栅；根据上述比较确定一个捕获范围。第一光栅可以是增强大于第一级衍射级的衍射级增强光栅，第二光栅可以是增强大于第一级衍射级的衍射级增强光栅。

[0013] 根据本发明的另一个实施例，在微器件的制造中使用的对准标记具有第一靶和第二靶，所述第一靶具有第一检测图案；第二靶具有第二检测图案。第一靶适合于由第一检测器检测而第二靶适合于由第二检测器检测。

[0014] 根据本发明的另一个实施例，在微器件的制造中使用的衍射级增强光栅对准标记具有带周期性图案和副图案的衍射光栅图案。衍射级增强光栅增强了非零级衍射光束的强度。

[0015] 根据本发明的另一个实施例，在微器件的制造中使用的对准标记具有带检测图案和加工图案的靶。所述加工图案具有一种结构，该结构在微器件加工中的变化与所述微器件在制造过程中的变化一致。

附图说明

[0016] 图1示出了具有不同测量系统的分步-扫描投影装置的实施例；

[0017] 图2示出了基底对准标记的实施例；

[0018] 图3示出了使掩膜标记和基底标记彼此对准的双对准单元的实施例；

[0019] 图4示意性地示出了根据本发明实施例的具有偏轴对准系统的光刻装置；

[0020] 图5示出了根据本发明的偏轴对准单元的实施例；

[0021] 图6示出了用于本发明实施例的具有参考光栅的板；

[0022] 图7示出了本发明实施例中通过楔块元件的偏转；

[0023] 图8示出了根据本发明实施例的第一和第二透镜系统在对准单元中的优选排列；

[0024] 图9示出了在对准单元的第二实施例中的用作偏转元件结构的一组楔形板；

[0025] 图10示出了这组楔形板如何偏转子光束；

[0026] 图11示出了在应用两个波长对准辐射的对准单元的实施例中，子光束在这种板平面上的位置；

[0027] 图12示出了使用两个波长的对准单元的实施例；

[0028] 图13示出了在该实施例中使用的优选分束器；

[0029] 图14示出了对准单元相对于投影透镜和基底的位置；

[0030] 图15A到15D示出了由于钨化学机械抛光(W-CMP)处理引起的对准标记的不对称损伤；

[0031] 图16示出了由于W-CMP处理引起的对准误差作为检测通道的衍射级的函数；

[0032] 图17示出了用一种不同的方法绘制的图16的对准误差；

[0033] 图18示出对于四个半导体晶片，由于W-CMP和铝物理汽相沉积(Al-PVD)处理引起的伪展开误差(false expansion error)作为周期的函数。

[0034] 图19示出了对于四个半导体晶片，由于W-CMP和Al-PVD处理引起的伪循环误差(false rotation error)作为周期的函数。

[0035] 图20示意性地示出了写入在半导体晶片刻划线上的X和Y双靶对准标记。

[0036] 图21示出了根据本发明的偏轴对准系统中两个波长之一的七个衍射级通道的输出信号。

[0037] 图22示意性地示出了根据本发明的一个实施例，适合形成在半导体晶片的刻划线的四靶对准标记。

[0038] 图23A-23D是适用于本发明实施例的对准标记中的靶的部分衍射级增强光栅的横截面示意图。

[0039] 图24是示出具有加工结构的对准光栅的基底的透视图。

[0040] 图25示意性地示出了解释根据本发明实施例的对准捕获系统和方法的原理。

[0041] 图26A，26B和26C示意性地示出了根据本发明一个实施例的具有加工的特定靶的多靶对准标记。

[0042] 图27示意性地示出了根据本发明另一个实施例的多靶对准标记。

[0043] 图28示出了根据本发明实施例的半导体加工系统。

[0044] 图29示出了根据本发明实施例质量控制的处理。

具体实施方式

[0045] 现在参考作为特定实施方式的实施例描述本发明的方法和器件。本发明的广义原理不仅限于这些特定描述的实施例中。本发明将参考用于光刻系统的对准系统进行描述，该系统包括轴上(on-axis)(也称为“轴向的”)和偏轴(off-axis)(偏轴的)对准系统，它们可以结合使用以获得掩膜相对于基底(工件)的最终的对准。所述轴上对准系统可以具有单独的辐射源来照明对准标记，如在通过透镜(TTL)或通过分化板(TTR)测光控制系统中，或者可以采用与曝光辐射相同的辐射。下面的例子描述结合TTL系统和偏轴系统(OAS)作为本发明的实施例。此外，本发明展望了应用于具有折射投影系统的光刻系统，以及使用比普遍采用的波长更短的电磁辐射的其它类型光刻系统，使用反射和/或衍射成像光学的系统，和/或应用其他如放电-粒子束，即用磁，电磁，和/或静电光学成像的辐射类型系统。本发明的实施例同样展望了光刻系统的集成对准方法，该方法具有自动处理控制(APC)系统的其他部件，如计量工具，使用这种计量工具在进一步处理之前测量光刻胶的曝光精度。

[0046] 我们现在描述光刻投影装置具有轴上对准单元和其他测量系统的光刻投影装置，作为包括本发明实施方式的系统的例子。

[0047] 图1概略地示出了将掩膜图案分步-扫描成像到基底上的装置中的实施例的光学元件。作为该装置的主要组件包括，一个包括投射系统PL的投射柱。位于该系统之上的是掩膜支架MH用来支撑要将掩膜图案C成像到其上的掩膜MA。掩膜支架是掩膜台MT的一部分。基底台WT设置在投影透镜系统PL下面。该台包括用来支撑具有光敏层的基底W的基底支架WH。掩膜图案C必须在光敏层上多次成像，每次成像在不同的区域，IC区域Wd。基底台可以沿X和Y方向移动，使得将掩膜图案在第一IC区域成像之后，后继的IC区域位于掩膜图案下。

[0048] 所述装置进一步包括具有辐射源LA的光照系统，例如氪-氟准分子激光器或汞灯，透镜系统LS，反射镜RE和聚光透镜CO。照明系统提供的投射光束PB照射掩膜图案C。所述图案由投影透镜系统PL成像到基底W的IC区域上。所述投影透镜系统具有，例如放大率M＝1/4，数值孔径NA＝0.6和直径22mm的衍射受限像场。

[0049] 所述装置进一步包括很多测量系统，即将掩膜MA和基底W在XY平面内彼此对准的系统，用于确定基底支架而后确定基底的位置和方向的干涉仪系统，以及对焦误差检测系统来得到投影透镜系统PL的焦平面或像平面与基底W表面之差。这些测量系统是伺服系统的部分，该伺服系统包括电子信号处理和控制电路和驱动器，或传动器，利用该系统并参考测量系统提供的信号，可对基底的位置和方向以及聚焦进行校正。

[0050] 所述对准系统利用在掩膜MA中的两个对准标记M1和M2，如图1的右上方所示。如图2所示，这些标记可以是衍射光栅，但也可以是其他与周围环境可光学区分的如正方形或条带的标记。所述对准标记可以是二维的，即它们向两个相互垂直的方向延伸，即图1所示的X和Y方向。所述基底W，例如可以是半导体基底，具有至少两个对准标记，该标记是二维衍射光栅，图1示出了其中的两个，P1和P2。标记P1和P2设置在基底W上的IC区域以外。光栅标记P1和P2优选为相位光栅并且光栅标记M1和M2优选为振幅光栅。其他类型的对准标记沿相邻电路之间的刻划线提供。

[0051] 图1示出了一个轴上对准单元的特定实施例，即一个双对准单元，其中所用的两个对准光束b和b′分别来对准在掩膜对准标记M2上的基底对准标记P2，以及用来对准在掩膜对准标记M1上的基底对准标记P1。光束b由例如是反射镜的反射元件30向棱镜26的反射面27反射。反射面27向基底对准标记P2反射光束b，该标记发出部分辐射光束b1到相关联的掩膜标记M，其中标记P2的像在掩膜标记M上形成。在标记M2之上设置有反射元件11，例如棱镜，该棱镜将经过标记M2的辐射引向辐射敏感检测器13。

[0052] 第二对准光束b′通过反射镜31向投影透镜系统PL中的反射器29反射。所述反射器将光束b′传送到棱镜26的第二反射面28，该棱镜表面将光束b′导向基底对准标记P1上。该标记将光束b′的一部分辐射b′1反射到掩膜对准标记M1，其中对准标记M1之上形成标记P1的像。穿过标记M1的光束b′1的辐射通过反射器11′被导向辐射敏感检测器13′反射器。

[0053] 图2以放大的比例示出了相位光栅形式的两个相同基底标记之一的实施例。这样的光栅包括四个子光栅P1，a，P1，b，P1，c和P1，d，其中的两个P1，b和P1，d，用来沿X方向对准，另两个P1，a和P1，c用来沿Y方向对准。两个子光栅P1，b，P1，c具有例如16μm的光栅周期，子光栅P1，a，P1，d具有例如17.6μm的光栅周期。每个子光栅具有例如200×200μm的尺寸。原则上小于0.1μm的对准精度可以利用光栅标记和合适的光学系统来获得。通过选择不同的光栅周期，可以扩大对准单元的捕获范围。该范围例如为40μm。

[0054] 图3更详细地示出了稍做修改的对准单元的光学元件。所述双对准单元包括两个独立并且相同的对准系统AS1和AS2，它们关于投影透镜系统PL的光轴AA′对称放置。对准系统AS1与掩膜对准标记M2相关联，对准系统AS2与掩膜对准标记M1相关联。两个对准系统中对应的元件由相同的参考数字表示，系统AS2中的数字上都加了撇，以与系统AS1对应元件的参考数字相区别。

[0055] 现在描述系统AS1的结构以及一种方法，在该方法中利用该系统来确定掩膜标记M2和例如基底标记P2相互之间的位置。

[0056] 对准系统AS1包括辐射源1，例如是氦-氖激光器来射出对准光束b。该光束通过分束器2被反射到基底W。所述光束分路器可以包括一个半透镜或半透棱镜，但是优选的由在λ/4板3之前偏振敏感分光棱镜2构成，其中λ为光束b的波长。投影透镜系统PL将光束b在基底W上聚焦成直径1mm数量级的小辐射斑V。基底将部分光束b1向掩膜MA反射。光束b1穿过投影透镜系统PL，该系统将辐射斑V成像在掩膜上。基底设置在投射装置中之前，就已经在与装置相耦合的预对准位置进行预对准，所述预对准位置例如在EP专利申请0164165中所公开的，使得辐射斑V位于基底标记P2上。该标记随后由光束b1成像在掩膜标记M2上。由于考虑到投影透镜系统的放大率M，掩膜标记M2的尺寸适合于基底标记P2的尺寸，使得两个标记相互准确的定位时，标记P2的像与标记M2的像精确地重合。

[0057] 在光束b和b1沿路径到达基底W并由此射出时，两个光束两次穿过λ/4板4，该板的光轴与来自光源1的线性偏振光束b的偏振方向成45°角。然后光束b1穿过λ/4板后其偏振方向相对光束b旋转90°，使光束b1可以通过偏振分光棱镜。利用偏振分光棱镜和λ/4板的组合在将对准光束耦合到对准系统的辐射路径时提供了最小辐射损耗的优点。

[0058] 通过对准标记M2的光束b1被棱镜11反射，并由例如另一个反射棱镜12导向辐射敏感检测器13。所述检测器，例如可以是合成的光敏二极管，包括例如与图2所示子光栅数目一致的四个独立的辐射敏感区域子光栅。检测器区域的输出信号是标记M2与基底标记P2的像重合的尺寸。这些信号可以进行电子处理，并通过驱动系统(未示出)彼此相对地移动掩膜和基底，使标记P的像与标记M重合。这样就获得了自动对准系统。

[0059] 光束分路器14例如以部分透明棱镜的形式设置在棱镜11和检测器13之间，将部分光束b1分路为b2。分开的光束例如通过两个透镜15和16入射到连接有监视器(未示出)的电视摄像机17上，投射装置的操作人员可在监视器上看到对准标记P2和M2。然后操作人员可以确定两个标记是否重合，并且通过操纵者移动基底W使标记重合。

[0060] 与前述标记P2和M2相类似，标记M1和P2以及标记M1和P1可以相互对准。对准系统AS2用在最后提及的两个对准。

[0061] 关于双对准单元的结构和对准程序方面进一步的细节，参考美国专利US4,778,275，该专利在这里引入作为参考。

[0062] 图1所示轴上对准单元的实施例特别适合于下面的装置，在该装置中，使用例如为248nm的短波长的投射束PB，以及例如为633nm的相对大波长的对准光束。

[0063] 由于投影透镜系统是为投射束PB的波长设计的，因此当系统PL用于借助对准光束将对准标记P1，P2和M1和M2在彼此上成像时发生差异。例如，基底对准标记不在掩膜对准标记所位于的掩膜图案的平面内，而是成像在距离该平面给定的距离处，该距离取决于投射光束和对准光束的波长差以及用于两个波长的投射透镜元件材料的折射率之差。如果投射束具有例如为248nm的波长，并且对准光束的波长为633nm，那么所述距离可以为2mm。此外，由于所述的波长差，基底对准标记以一定的放大率成像在掩膜对准标记上，所述放大率不同于理想放大率，并随着波长差的增长而增长。

[0064] 为了校正所述差值，投影透镜系统PL包括额外的透镜，即校正透镜25。该校正透镜安排在投影透镜中这样的高度处，使得一方面，在校正透镜的平面中，将对准光束不同衍射级的子光束充分分离，从而能够分别影响这些子光束，所述的子光束源自基底对准标记并且由基底对准标记的衍射产生，另一方面，可忽略校正透镜对投射束和由此形成的掩膜图案像的影响。校正透镜优选设置在投影透镜系统的傅立叶平面(Fourier plane)上。如图3所示，如果校正透镜25设置在对准光束b和b′的主光线彼此相交的平面上，那么该透镜可以校正上述两个对准光束。

[0065] 如果需要，光楔或如衍射元件的其他偏转元件可以设置在对准光束路径上接近对准标记的位置。利用这样的没有在图3示出的偏转元件，可以防止由检测器13或13′接收到的，在选定对准光束部分中的无意识相位差检测所引起的对准误差，如果来自基底对准标记的对准光束部分的对称轴不垂直于掩膜板则会产生上述相位差，从而导致在该板上发生伪反射。配有这种偏转元件的对准单元在EP专利申请0467445中披露。

[0066] 除了整体对准标记P1和P2，如图1所示，该标记用于将整个基底与掩膜对准，这被称为整体对准，基底还可以被提供更多的对准标记到每一个IC区域用来将每个IC区域分别与掩膜图案对准。掩膜还可以包括两个以上的对准标记，其他对准标记可以用来例如测量掩膜相对于Z轴的旋转从而校正该旋转。

[0067] 投射装置进一步包括对焦误差检测系统，用于确定投影透镜系统PL的焦平面和基底W的表面之间的偏差，从而校正该偏差，例如沿其轴，Z轴移动投射透镜。所述聚焦误差检测系统可以包括元件40，41，42，43，44，45和46，这些元件位于固定连接到投影透镜系统的支架上(未示出)。参考数字40表示辐射源，例如二极管激光器，该辐射源射出对焦光束b2。该光束通过反射棱镜42以小角度引导至基底上。由基底反射的光束通过棱镜43导向回射器44。元件44本身反射光束，使光束(b′3)经由棱镜43，基底W和棱镜42的反射再一次通过相同的路径。

[0068] 光束b′3经部分反射元件41和反射元件45到达辐射敏感检测系统46。检测系统包括，例如位置相关检测器，或两个独立的检测器。由光束b′3在系统上形成的辐射光斑的位置取决于投影透镜系统的焦平面与基底W平面重合的程度。对焦误差检测系统的详细描述，参见美国专利US4,356,392。

[0069] 为了精确地确定基底支架的X和Y位置，提供具有多轴干涉仪系统的步进投射装置。美国专利US4,251,160公开了具有两个测量轴的系统，而美国专利US4,737,283公开了具有三个测量轴的系统。在图1中，所述干涉仪系统由元件50，51，52，和53概略地示出，但是仅仅示出了一个测量轴，X轴。由激光器形式的辐射源50射出的光束b4通过分束器51分成测量光束b4，m和参考光束b4，r。测量光束到达基底支架WH的反射侧面54，被反射的测量光束通过光束分路器51与固定回射器例如是直角棱镜所反射的参考光束混合。混合光束的强度由检测器53测量，而基底支撑架WH的位移，沿X方向的情况，可以从检测器的输出信号中获得，还可以确定支架的瞬时位置。

[0070] 如图1概略性地示出，干涉仪的信号为了简单起见用一个信号S53表示，双对准单元的信号S13和S′13施加于信号处理单元SPU中，例如微型计算机，该信号处理单元将所述信号处理为适用于传动器AC的控制信号SAC，利用该控制信号基底支架通过基底台WT在XY平面内移动。

[0071] 凭借所述干涉仪系统，该系统不仅具有如图1所示的X测量轴，而且可以具有Y测量轴或者第三测量轴，对准标记P1，P2和M1，M2的位置和相互之间的距离可以在坐标系统中固定，该坐标系统同样在掩膜和基底彼此最初，或整体对准的过程中通过固定的干涉仪系统来确定。所述干涉仪系统也用来精确地移动基底台，这样的移动对于步进投影装置是必须的，从而可以非常精确的从第一IC区域到第二IC区域分步进行。

[0072] 如图1所示，如果投射装置为分步-扫描装置，其中在掩膜图案投射到IC区域期间掩膜和基底必须同时移动，那么掩膜也必须向一个方向移动，即扫描方向。由于考虑到投影透镜系统的放大率M，掩膜的运动必须与基底的相应运动保持同步。接着，在投射期间，掩膜和基底必须彼此相对静止而必须相对于投影透镜系统和投射束运动。为了测量掩膜的运动，必须为该装置配备第二干涉仪系统。所述干涉仪系统包括元件60，61，62，63和64，它们具有与元件50，51，52，53和54类似的功能。来自掩膜干涉仪系统的信号为了简单起见由图1中的信号S63表示，该信号作用于信号处理单元SPU，与来自基底干涉仪系统的相应信号进行比较。这样就可以确定掩膜和基底是否相互具有正确的位置和/或同步移动。

[0073] 如果沿着掩膜的X和Y方向的位置用Xr，Yr表示，沿着基底的位置用Xw，Yw表示，围绕Z轴的旋转用 和 表示，那么当掩膜和基底相对于彼此为正确的位置时，满足以下条件：

[0074] Xx-M.Xr＝0 (1)

[0075] Yw-M.Yr＝0 (2)

[0076]

[0077] 其中M为投影透镜系统的放大率。假定掩膜和基底向相反的方向移动。如果所述元件沿向相同的方向移动，上述公式中M前的减号应该改为加号。

[0078] 为了确定是否满足上述条件，基底和掩膜的两个干涉仪系统均具有三个测量轴就足够了。

[0079] 然而，基底干涉仪系统优选具有五个测量轴。那么，不仅可以测得Xw，Yw和 而且还可以测得 和 即相对于X和Y轴的倾斜。

[0080] 为了可以测得掩膜的这种倾斜，可以使用五轴掩膜干涉仪系统，或者使用确定Xr，Yr和 的三轴干涉仪系统与诸如电容传感器等用于 和 测量的其他传感器的组合。

[0081] 如果通过焦距误差检测系统的帮助，可以测得Xw，Yw， 和 Xr，Yr，和 以及检测Zw和Zr，其中Zw和Zr是沿基底和掩膜的Z轴的位置，那么不仅
可以确定是否满足条件(1)，(2)和(3)，而且可以确定是否满足以下条件：

[0082] M2.Zw-Zr＝0 (4)

[0083]

[0084]

[0085] 参考图3所述的轴上对准单元，用来使掩膜对准标记和基底对准标记彼此相互对准，该轴上对准单元被发现特别适合步进及分步-扫描投射装置，利用该装置可形成线宽达到给定最小值的图像。然而，在IC制造中应用新的技术以及减少图像的线宽，会导致有关已有对准单元的精度和可靠性方面的问题。当减小线宽时，对准精度必须被提高。当应用所述CMP处理时，不对称性将引入基底光栅标记使得应用第一阶副光束的对准过程变得不可靠。此外，当使用具有一个波长的对准光束时，对准标记的光栅槽深度必须满足严格的要求，只能通过提高制造难度而满足该要求。

[0086] 所有这些问题可以通过在对准过程中使用对准基底标记的偏轴对准单元以及通过使用高阶副光束，即具有高于1的衍射级的副光束来解决。既然基底标记的对准不再通过投影透镜系统而进行，那么就可以更自由地使用更多子光束，特别是使用高级子光束。由于对准单元的分辨能力随副光束阶数的提高而提高，因此对准精度可以大大提高。因为高阶副光束显著地由基底光栅标记的边缘确定，与光栅中心相比，并且因为这些光栅边缘较少地受CMP处理和影响光栅对称性的其他测量的影响，那么光栅标记中非对称性的问题被极大的消除了。此外，还可以使用多于一个波长的对准辐射，从而对光栅槽深度的要求可以大大降低。

[0087] 将在下文中说明的是，所述衍射级通过本发明对准单元中的光学元件彼此分开，而不是通过电子装置和/或相关软件。因此，可以不必测量信号振幅而是应用这些种技术中更常规的相位测量。

[0088] 图4示意性地示出了具有偏轴对准系统的光刻系统。所述偏轴对准系统具有两个辐射源70，用于以两个不同的波长照射对准标记，例如是红色激光和绿色激光。两激光同时照射对准标记，反射光被导向各自的检测器通道(例如，红色通道和绿色通道)。两波长通道的信号平行地获取。此外，对于两个波长中的每个可以分别检测几个衍射级检测，由此平行地提供多个颜色/阶通道输出信号。定位单元PDU与检测系统的多个颜色/阶通道通信连接。定位单元PDU可以是用于执行特定功能的硬件实现的专用设备或者可以包括可编程计算机，其编程来执行所需要的功能。另外，其还可以是独立于图1所示SPU的单元或其可以通过SPU中的软件来实现。定位单元PDU处理来自至少两个颜色/阶通道的信号以确定被检测的对准标记的位置。

[0089] 图5示意性地示出了根据本发明一个实施例的偏轴对准系统。这里所描述的对准系统的很多结构特征与美国专利US6,297,876中描述的相似或相同，该专利的全部内容在这里引入作为参考。光栅形式的基底标记用P1表示。具有波长λ且入射到该光栅上的平行对准光束b分成很多子光束，这些子光束以相对光栅法线成不同角度αn(未示出)的方向延伸，其中所述角度由已知的光栅方程定义：

[0090]

[0091] 其中N为衍射级数，P为光栅周期。

[0092] 光栅反射的子光束的路径与透镜系统L1合并，该透镜系统将子光束的不同方向转变为平面73中这些子光束的不同位置un：

[0093] un＝f1·αn (8)

[0094] 在该平面中，为了进一步分开不同的子光束而设置装置。为此，可以在该平面内设置一个板，该板配有例如楔块形式的偏转元件。图5中，楔板用WEP表示。楔块配备在例如板的后侧。那么棱镜72可以配备在板的前侧，利用该棱镜可使来自辐射源70，例如氦-氖激光器的对准光束耦合到对准单元中。所述棱镜还可以防止0级子光束到达检测器。楔块的数量对应于所用子光束的数量。在示出的实施例中，对于正级来说每一维上有六个楔块，从而为了对准可以使用达到并包括7级的子光束。所有的楔块具有不同的楔角，从而得到不同子光束的最佳间距。

[0095] 第二透镜系统L2设置在楔板之后。该透镜系统将标记P1成像在基准板RGP的平面内。当没有楔板时，所有的子光束覆盖在基准面中。由于通过楔板的不同子光束以不同角度偏转，因此子光束形成的像到达基准面内的不同位置。这些位置Xn由下式给出：

[0096] Xn＝f2·γn (9)

[0097] 其中γ是子光束被楔板偏转的角度。

[0098] 在这些位置处，可以提供参考光栅G90-G96，如图6所示。在每个参考光栅后面设置各自的检测器90-96。每个检测器的输出信号取决于基底光栅P1的像与相应的参考光栅重合的程度。因此，基底光栅的对准程度以及因此基底的对准程度可以通过每个检测器90-96进行测量。然而，测量所依据的精度取决于所用子光束的级数；级数越大，精度越高。图6中，为了简单起见假定参考光栅G90-G96具有相同的光栅周期。然而实际上，每个光栅的光栅周期都适合于相关子光束的级数。级数越大，则光栅周期越小，并且可以检测到越小的对准误差。

[0099] 到目前为止，仅考虑一套衍射级。已知，衍射光栅除了形成+1，+2，+3等衍射级子光束以外，还形成-1，-2，-3等衍射级子光束。正级和负级子光束均可用于形成光栅图像，即光栅标记的第一图像由+1和-1级子光束共同形成，第二图像由+2和-2级子光束共同形成，等等。对于+1和-1阶子光束不需要使用楔块，但是补偿光程差(path-lengthdifferences)的平行平板可以设置在楔板平面内这些子光束的位置处。因此对于2-7级来说需要六个楔块，它们均用于正级和负级。

[0100] 图7更清楚地示出了图5实施例的楔块的功能。在更简略的图7中，第一透镜系统L1和第二透镜系统L2用波形线表示。为了清楚起见，仅示出第一级b(+1)和b(-1)子光束，第七级b(+7)和b(-7)子光束，以及其他级b(+i)和b(-i)子光束。如图7所示，楔块80和80’的楔角，即楔块的斜面与楔板WEP的平面所成的角，使子光束b(+7)和b(-7)沿平行方向偏转，并通过第二透镜系统会聚于参考光栅G96上。子光束b(+i)和b(-i)也通过相应的楔块82和82’沿平行方向偏转，并会聚于参考光栅G91上。第一级子光束不偏转，通过第二透镜系统会聚于参考光栅G93上。通过使用每个衍射级的正级和负级，基底光栅标记P1的实像形成在相应的参考光栅上，并最大限度的使用了可利用的辐射。

[0101] 图8示出透镜系统L1和L2烈及这些透镜系统的焦距相对于标记P1的平面以及参考光栅板RGP的优选位置。透镜系统具有焦距f1，该系统放置在距离标记P1的平面f1处。透镜系统L1将子光束的主光线向平行于光轴OO’的方向偏转。第一透镜系统和第二透镜系统之间的距离等于f1+f2，由此f2是第二透镜系统的焦距。参考光栅板放置在距离第二透镜系统f2处。由于在两个透镜系统之间的光路中，子光束的主光线平行于光轴OO’，因此楔板的位置不太重要。

[0102] 为了在图4实施例中偏转相同衍射级的正级和负级子光束，使它们可以通过第二透镜系统准确覆盖在相应的参考光栅上，那么对于相互关联的两个楔板的质量有严格的要求。这些质量要求涉及楔块斜面的质量以及楔角。

[0103] 为了降低所述要求，并放松对准单元的公差，优选使用图9所示偏转元件的结构。使用对于所有子光束是公共的多个，例如3个楔板190，191，192而不是为每个子光束使用一个独立的楔块。图9示出楔板的透视图，图10是楔板的侧视图。三个板的楔角不同，所述楔角即板的上表面和下表面之间的角度，对于板192是面192a和面192b之间的角度。三个板之一，例如板190，其楔角与其他两板的楔角相反。板配有许多开口200，图9中只示出其中的几个。这些开口设置在子光束入射到相应板上的位置处。然而，不是每一个这样的位置都有开口。如果子光束入射到板的开口处，那么该子光束不会被该板偏转。

[0104] 在通过这些板的过程中，子光束遇到零个，一个或两个开口。只有第一级子光束不会遇到开口，并且不会被任何板偏转。图10中示出了一个子光束穿过这些板的路径。该子光束由第一板190向右偏转。随后，该子光束以较小的角度向左偏转。最后该子光束穿过板192上的开口200，从而不发生进一步的偏转。对于每个子光束来说，开口数量和存在上述开口的板的顺序与其他子光束不同，使得子光束全都朝不同方向偏转。很明显，利用三个3
板的组合可以获得2 ＝8个不同的偏转方向。由于相同衍射级的一对子光束由同样的两楔板偏转，因此这对子光束不沿平行方向偏转的风险降为最低。

[0105] 在图5和6的实施例中，使用级数为1至7的子光束，从而使七个参考光栅G90-G96也必须沿X方向对准。对于沿Y方向的对准，也可以使用七个子光束和另外七个参考光栅G93-G104，如图6所示。然后第二组十二个楔块设置在图5所示实施例中沿Y方向的楔板上。然后，图9的实施例中，在第一组楔板的前面或后面，第二组三个楔板设置在子光束的光路中，第二组板将子光束向Y方向偏转。基底标记可以是图2中示出的标记，或者是其他类型的标记，例如沿刻划线设置的标记。对于第一级子光束，可以使用具有四个光栅部分的类似的参考光栅，其中两个部分具有16.0μm的光栅周期，而另两个光栅部分具有17.6μm的周期，如图6所示。其他参考光栅只有一个光栅周期，该光栅周期对应于光栅部分的相应衍射级，所述光栅部分具有基底光栅P1的16μm周期。然后保持与图2中光栅标记P1相关联的
44μm的捕获范围。

[0106] 在图5和6的实施例中，具有最高级数的子光束由偏转元件以最大角度偏转。然而，这不是必须的。在一些情况下，级数可以改变，例如为了最小化光栅图像中的光学像差。也可以是以下原因，即级数上升的子光束被楔块以正角或负角偏转，如图6所示。

[0107] 衍射级的最小数值可以通过计算机模拟来确定，该衍射级的最小数值必须被检测到，从而能够以足够的精度在基底标记P1给定的不对称性方面对准。这种模拟证明，例如使用第一级子光束时存在150nm的对准误差在使用第五级子光束时减少为20nm。

[0108] 原则上，可检测的最大级数通过可检测的最小强度和透镜系统L1，L2的数值孔径来确定。已知，由衍射光栅形成的子光束的强度随着该子光束级数的增大而迅速降低；子光束的强度与该子光束级数的平方成反比。因此对于第七级子光束，强度大约为第一级子光束的1/50。然而对准光束穿过偏轴对准单元时经反射引起的强度损耗，明显小于其穿过轴上对准单元时的损耗。在最后提到的单元中，对准光束遇到例如大约100个表面，在这些表面上可能发生反射损耗，在最先提到的单元中，对准光束遇到例如仅20个这样的表面。如果轴上对准单元中总反射损耗是偏轴对准单元中的4倍，那么偏轴对准单元中的第七级对准子光束的强度相当于轴上对准单元中第一级对准光束的强度。

[0109] 数值孔径NAn由下式给出，光学系统L1，L2必须具有这样的数值孔径以通过衍射级为N的子光束：

[0110]

[0111] 对于第七级子光束和光栅周期p＝16μm，波长λ＝544nm的基底光栅标记，理想的数值孔径约为0.24，这是完全容许的数值。

[0112] 为了保证充分稳定的系统，在单个板RGP上设置不同的参考光栅，该板优选由石英构成。板的尺寸，以及因此第二透镜系统的像场，由参考光栅的尺寸d1和它们相互之间的距离d2来确定。上述距离和尺寸例如均为0.2mm，从而使板RGP在X和Y方向上的尺寸dx和dy为2.8mm，理想的场直径约为3mm。

[0113] 图5实施例的各楔块可以由玻璃或石英制成，并固定于石英板。这一结构显示出高度的稳定性。楔块也可以由透明的合成材料，例如可UV固化的塑料制成。在这种情况下，优选利用复制技术通过模具在材料的薄层上一体成型地压制整个楔块结构，该技术本身在光学中是已知的，所述层适用于例如石英基底。如上所述，优选使用配有开口的楔板代替独立的楔块。也可以使用其他偏转元件代替独立的楔块或楔板，如只使用其中一级的衍射光栅。此外，可以使用由板的材料中折射率变化的图案所构成的偏转结构，该图案例如通过离子注入形成。

[0114] 为了对基底标记的槽深度没有太严格的要求，已经发现具有两个波长，例如633nm和532nm的对准辐射是合适的。这是基于以下事实，如从公式(7)和(8)中显而易见，对准光栅偏转子光束的角度和所述光束占据透镜系统L1后焦面的位置取决于波长。原则上，不同波长的级可以彼此不同。然而，不通过进一步的测量，给定的级，例如第一波长(633nm)的第二级可以在例如第二波长(532nm)的第二级和第三级之间。为了使不同波长的各级彼此更好地分开，可以确保不同波长的光束以不同角度入射到基底光栅P1上。那么对于使用七个衍射级的情况，图11所示的情况在透镜系统L1的后焦面上形成。此时，对于第一波长的不同级存在位置110-137的第一个十字形图案，对于第二波长的不同级存在位置138-165的第二个十字形图案。如通过图7中间双箭头所示的，这些图案彼此偏移，这是由不同波长的对准光束入射的不同角度引起的。这些角度应尽可能地保持最小，从而防止因散焦影响而出现对准误差。使用两个波长时，具有偏转元件的板当然必须适合于图11示出的情况，这意味着，特别是，必须使用48个楔块代替24个独立的楔块，或者必须使用12个楔形板代替6个楔形板。

[0115] 用两个波长进行对准的另一个方案示于图12中。在该图中，参考数字160代表偏振敏感分束器。该分束器接收来自氦-氖激光器的具有第一波长λ1例如633nm和第一偏振方向的第一对准光束b并将该光束透射到基底对准标记P1。入射在该分束器上的还有第二对准光束b5，该光束具有第二波长λ2例如532nm，并来自位于倍频器之前的YAG激光器。光束b5的偏振方向垂直于光束b的偏振方向，使光束b5反射到基底标记P1。已经确保光束b和b5的主光线通过分束器重合，使这些光束作为一束光穿过而到达标记P1。光束b和b5由标记反射之后，再通过分束器分开。每个光束都有一个独立的对准单元170，180。每个单元射出对准光束，并通过分束器接收来自基底标记的不同衍射级的子光束。在每个单元中，利用不同的子光束将基底标记的像形成在不同的参考光栅上，如参考图5所述。为此，每个单元都配有透镜系统L1，L2，(L1’，L2’)，楔板WEP(WEP’)或图9的一系列楔形板WEP(WEP′)，具有参考光栅RGP(RGP’)的板，许多检测器90-96(90’-96’)以及辐射源70(70’)，所述辐射源的光束经耦合棱镜72(72’)耦合到系统中。

[0116] 图13示出对准单元的实施例的一部分，对准单元中使用特定类型的分束器160。该分束器包括偏振敏感分束棱镜210，四分之一波长板211和反射器212。具有不同波长并来自源的光束b10和b11用粗线表示，源未示出，由光栅标记P1反射的光束用细线表示。光束b10和b11具有相同的偏振方向。第一光束b10由反射器215朝棱镜210中的偏振敏感分束层213反射。该层将光束b10朝光栅标记P1反射。由光栅标记反射并且分成不同衍射级子光束的辐射用单束光线b15表示。光束b15由层213朝偏转元件和检测器的联合结构反射，所述偏转元件和检测器没有在图13中示出。

[0117] 第二光束b11由反射器216朝分束层213反射，分束层213将光束朝四分之一波长板212反射。光束b11穿过该板之后，由该板后部的反射层212反射，使光束第二次穿过板211。离开板211的光束b12的偏振方向相对于最初光束b11的偏振方向旋转了90o。光束b12可以穿过分束层213到达光栅标记P1。由标记反射的辐射也用单束光线b16表示。光束首先穿过分束层213，然后两次穿过四分之一波长板211，最后由层213朝楔块和检测器的联合结构反射，楔块和检测器在图13中未示出。仅仅出于清楚的目的，图13中反射光束b16和b17表示为空间分离的光束；实际上这些光束重合。这同样适用于标记P1位置处的光束b10和b11。

[0118] 在图12和13的实施例中，第一透镜系统L1优选设置于分束器216和光栅标记P1之间，如图13所示。这样有一个额外的好处，即对于不同波长的两光束只需要一个这样的透镜系统。对于反射光，独立的第二透镜系统没有在图13中示出，但仍然是必需的。

[0119] 在上述不同的实施例中，检测器直接设置在参考光栅后面。然而实际上，在参考光栅之后可以设置成像光纤束，光纤束将每个参考光栅和基底光栅标记的覆盖图像成像在远处位置的检测器上，这对于整个装置的设计和该装置的性能来说是更适宜的。例如，不同衍射级子光束形成的图像之间的串扰降低，信号放大器和电子信息处理机产生的热可以远离对准单元和装置。辐射源也可以设置在远离对准单元的位置处，它们的辐射也可以通过照明光纤束导向该单元。因此辐射源产生的热可以远离对准单元和投影装置。

[0120] 在棱镜216和第二透镜系统L2之间，可以为光束b15和b17之一设置一个部分透射反射器，用以向摄像机分出一部分光束，摄像机连同监视器一起向装置的操作者提供基底标记的可视图像。

[0121] 使用各种检测器信号有不同的可能性。利用第一级子光束通过处理与这些子光束对应的检测器信号进行对准而开始。随后，与第二级子光束对应的检测器信号可用于更精密的对准，然后与第三级子光束对应的检测器信号用于甚至更精密的对准，等等。只要所用的子光束仍然有足够的强度而能以可靠的方式检测，就可以继续这样的过程。

[0122] 另一种可能性基于以下认识，即给定的处理层提供到基底上时，某一衍射级的强度在损耗其他衍射级的情况下而提高。在这种情况下，可以为对准直接选择优选的级。在这种情况下，所述可能性还可以组合。

[0123] 还可以在用掩膜图案照射一批基底之前或者在生产规定的日期开始时校准对准单元。对于基底标记的多个位置，测量每个衍射级的检测器信号。这些测量结果存储在曲线或表中，所述曲线或者表显示对于基底标记的每个位置，每个衍射级的检测器信号值。在照射基底的过程中，可以通过仅测量较低衍射级的相对较大的检测器信号来进行对准测量，较低衍射级例如最先的三个级。利用内插法可以确定较高衍射级的相应值，较高衍射级例如第七级。以这种方式可以以高分辨率和大的信号幅度确定对准误差。

[0124] 到目前为止，仅仅描述了基底相对于以参考光栅形式的装置基准的对准。利用同样的对准单元还可以确定基底支架或台的位置。为此该支架或台配有与基底对准标记类似的对准标记。(参见，例如图4中示意性示出的基准标志。)对准单元中，确定基底支架标记相对于基准的位置。然后可以知道基底标记相对于基底支架标记的位置。为了能够固定掩膜图案和基底相互之间的位置，必须进行进一步的测量，即测量掩膜图案相对于基底支架或台的位置。为了这一进一步的测量，可以使用参考图1，2和3描述的轴上对准单元，利用该对准单元使掩膜标记相对于基底支架的标记对准。不仅可以使用图3所示的双对准单元，而且可以使用如美国专利4,251,160中所述的单对准单元。

[0125] 将掩膜图案相对于基底台对准的另一种可能是使用例如美国专利4,540,277中所述的图像传感器单元。在这种单元中，掩膜对准标记通过投影辐射成像在基底台中对应和透射的参考标记上。在所述台中，检测器可以设置在参考标记后面，用于将参考标记传递的辐射转变为电信号。在第一种情况下，打算使图像传感器单元用于例如校准轴上对准单元，对准单元利用对准辐射工作，而对准辐射的波长明显不同于投影辐射的波长，或者打算使图像传感器单元用于检验投影透镜系统形成的图像的图像质量，并用于测量可能出现的失真和像差，但是图像传感器单元也特别适合于使掩膜图案相对于基底台对准。可以使用以反射方式工作的图像传感器单元取代美国专利4,540,277中描述的透射图像传感器单元，用以使掩膜标记相对于基底台标记对准。美国专利5,144,363中描述的这种单元，利用台上的反射标记工作，并包括相对较多的检测器，这些检测器以不同角度观察标记，并和相关的光学系统一起提供到传感器板中，所述传感器板设置于投影透镜系统和基底台之间。根据本发明的偏轴对准单元也必须设置在该空间中。该单元必须位于尽可能接近基底台中心的位置，并需要带有例如0.3的孔径的锥形组装空间。实际上，基底台Y端的长度近似于基底的半径，正因为此，例如对于8英寸基底，投影装置设计基底台Y端的长度为102mm，从而具有沿该方向组装到对准单元中的小空间。然而基底台的X端，例如比Y端长25mm，使得处理8英寸基底的对准单元可以置于距离投影透镜系统光轴25mm处。这在图14中非常概略地示出，该图示出投影透镜系统PL的一部分和其光轴OO’。投影透镜系统和基底之间的部分表示由投射束占据的空间，有标记b的箭头表示对准辐射的子光束。对准光束入射到基底上距离轴OO’的dx处，这样该距离例如是25mm。参考CS表示可用的组装空间的临界位置。在该位置处，锥体的直径等于到基底的距离乘两倍的数值孔径值，不同衍射级的子光束位于锥体中。对于0.25的数值孔径，所述距离的值为32mm，则所述直径，即CS位置处所需的垂直空间是16mm。这在实际当中是合理的要求。然而，该垂直空间可以不完全利用。
在这种情况下，可以使用两个偏轴对准单元，它们彼此沿直径方向设置，并且每一个都覆盖一部分基底。

[0126] 如目前所述，偏轴对准单元设置在投影列中，包括光刻投影装置的掩膜支架，投影系统和基底支架。随着对具有更小零件的较大IC的要求提高，以及由此包括更多电子元件，对准过程变得越来越耗时。因此在不做进一步测量时这些装置的生产量倾向于降低。已经提出向这种装置中增加独立的测量站。在测量站中，在晶片带入投影列或投影站之前，测量基底沿例如X-，Y-，和Z-方向的位置。在测量站中，可以相对于基底支架或台上的对准标记来对准基底标记。在基底和支架放置于投影系统中以后，只需要相对于基底支架标记来对准掩膜对准标记，这只花很短的时间。当在包括独立的测量站和投影站的装置中，对投影站中的第一基底进行照射的过程中，测量位于测量站中的第二基底，这种装置的生产量大大高于没有独立测量站的装置的生产量。用于测量站中使基底标记相对于基底支架标记对准的对准单元优选是这里所述的偏轴对准系统。

[0127] 上述偏轴对准系统是具有多个传感器的对准系统的实施例，所述多个传感器产生多个可以结合起来确定对准标记位置的信号。在这些实施例中，对于从对准标记衍射的光的各衍射级，传感器产生对准标记的信号。在所述的特定实施例中，可以检测到从第一级到第七级的各衍射级。而且，这种检测适用于X和Y的每个方向。另外，可以在照射对准标记的光的两个不同波长处检测到沿X和Y方向的七个衍射级的每一级。因此，提供了一共28个通道，在对准扫描时基本上同时产生信号。每个通道可以接收及时转换的而不是同时的信号，在不背离本发明的范围和精神的情况下，特别是如果是快速转换。根据本发明，来自这种多传感器对准系统的多个通道的信息结合起来获得对准的改善。对准的改善包括提高对准更小范围的精度和/或减小由系统效应引起的误差，所述系统效应如处理效应，和/或改善的重现性。同样还包括“后退程序”，在该程序中可以应用另外的对准步骤或策略来替换失败的策略。在本发明的实施例中，来自多个不同衍射级的信号结合起来确定对准标记的位置。在该实施例中，来自多个衍射级通道的对准标记的测得位置拟合为一条曲线，该曲线可以表示为一个连续函数，然后该连续函数可以预测基本上没有系统误差的位置。

[0128] 这种预测方法方法的实施例被发现在标记变形的情况下是非常有用的，例如当半导体晶片经过钨化学机械抛光处理(W-CMP)。(铝物理汽相沉积(A1-PVD)处理通常与W-CMP一起进行。因此我们提到W-CMP应该理解为也包括AI-PVD。)图15A-15D示出了在W-CMP处理中产生的系统效应，该效应在检测晶片的靶时会导致系统误差。图15A示出了蚀刻到氧化层316中的三组槽310，312，和314，这形成了多靶标记，或其中的一部分。图15B示出了经过钨沉积步骤之后的一部分晶片。钨层318沉积在氧化层316上以及槽310，312，314中。图15C示出了经过W-CMP加工步骤后的晶片。最后，图15D示出了铝层320沉积在部分晶片上之后的那部分晶片。如图15C和15D所示，对于氧化层有不对称变化，例如322和324，然后由于W-CMP加工同样在铝层如326和328中重复这一不对称变化。衍射光栅的这种不对称变化用于对准标记导致对准光栅位置的明显偏移。这是由W-CMP处理步骤引起的系统效应。

[0129] 图16是对于三个不同衍射级通道，由W-CMP引入的对准误差的曲线图。在这种情况下，被检测的级为第三、第五和第七衍射级通道。与每个被检测级的各衍射光栅相对应的数据将在下文中做更详细的说明。这样的实施例被发现可以提供好的结果，但本发明的范围并不仅限于多光栅标记。可以发现误差随着被检测衍射级的增大而减小。发明人发现如果检测系统设计为检测相应更高的级，那么曲线可以符合这样的数据而且该曲线可以进行外推来预测减小的对准误差。

[0130] 图17示出了用一种不同的方法绘出的相同数据的曲线。三个被检测级中的各个对准误差以衍射级的倒数乘以常数因子(“周期”)进行标图。由于该曲线依据反比例，当趋于无限的衍射级时，图表的位置沿着标记为周期的轴接近零。通过这种方法绘出的曲线，可以看到数据通过直线很好地拟合，对于零周期位置接近零对准误差。因此，通过为多个衍射级通道拟合测量对准误差的直线，可以在W-CMP加工引起的零对准误差的情况下预测靶位置。所述零周期情况对应于无限衍射级。显然，不能构造一个分别检测无穷大数量的衍射级的系统。然而，根据本发明实施例的预测方法可以设计得到无限被检测衍射级的极限。

[0131] 发明者发现通过在下面线性组合中结合来自第三衍射级，第五衍射级和第七衍射级的信号，可以得到W-CMP加工引起的系统误差减小的好结果：

[0132] xpred＝-0.9399x3+0.6329x5+1.307x7，(11)

[0133] 其基于三点最小平方附合下面一般方程：

[0134] xmeans(n)＝C/n+xpred，(12)

[0135] 其中C为常量，n为级数。

[0136] 虽然发明者发现仅仅使用七个衍射级中的三个就可以得到很好的结果，但是本发明更广义的原理不仅限于上述预测方法。可以使用两个或多个衍射级通道并且测量值可以符合其他不背离本发明的基本原理的函数。而且，本发明的这一方面不仅限于提供预测方法来校正W-CMP或类似加工带来的影响。

[0137] 在另一个实施例中，铜镶嵌处理往往引入误差，这种误差如在不同波长和衍射级通道观察到的显示为基本随机的误差。发明者发现，对于铜镶嵌处理，多个可用的信号通道通过等加权取平均值的预测方法得到很好的结果。本发明的基本原理包括，将来自多个衍射级通道的信息结合从而比只使用单通道得到检测基底上对准标记的精度的提高。这种预测方法对于在基底上进行的特定处理使用特定的形式，特定处理如上述W-CMP处理的情况和铜镶嵌处理。并且，本发明的原理不局限于仅仅将多个波长通道和衍射级通道的信息结合来提供解决基底处理效应的预测方法。多个波长通道和衍射级通道的信息可以结合来提供解决基底其他变化的预测方法，这些变化可能导致确定对准标记位置的误差。

[0138] 加工步骤可能引入从基底到基底变化的系统效应。例如，在测量四个不同硅晶片的第三，第五和第七衍射级通道时，因W-CMP和Al-PVD加工引起的明显扩展绘于图18中。发明者发现扩展和收缩引起的误差随被检测衍射级而变化，并且也是从基底到基底变化。
从图18中可以看到，该变化是周期性的，与衍射级成反比，对于每个晶片基本呈线性变化。
然而，与每个晶片的数据符合的直线为不同的直线(如不同的斜率)。注意到相应于衍射级的增加，对于周期减小直线彼此接近。因此，这样的预测方法使我们可以得出从晶片到晶片基本上不变的结果。类似地，由W-CMP和Al-PVD加工引入的伪旋转能降低或基本上消除晶片到晶片的变化。图19提供的数据示出了在这种情况下用于减小从晶片到晶片的变化的预测方法。

[0139] 上述预测方法的实施例在多个通道的信息结合固定系数的情形下可以视为静态方法。术语预测方法包括获得多通道信息的数学表示，并利用数学表示确定对准标记位置的基本原理。在总的预测原理中，本发明的原理还包括动态预测，其中来自不同通道的信息通过基于测定量的方式结合。例如，来自多个衍射级通道的信息可以与基于测量信号强度的系数结合。其他测定量也可以用于动态预测中。例如，输出信号可以拟合为预期的函数形式，如正弦曲线。这种拟合的相关系数提供了另一个测定量，该测定量可以用在结合多个通道信号的动态预测中。其他输入参数的使用，如“多重相关系数(mcc)”，“微型复制(minirepro)”，“信噪比(signalto noise ratio)”，“信号形状(signal shape)”，“信号包络(signalenvelope)”，“焦距(focus)”，“倾斜(tilt)”，“级通道位置偏移(order channels position offset)”，“波长通道位置偏移(wavelengthchannels position offset)”，“段间移动(shift between segments)”和/或“粗-精位置偏差(coarse-fine position deviation)”，可以与用户输入参数结合起来使用而提高性能。

[0140] 很多这样的参数与对准位置确定的精度相关。所述参数“mcc”是多重相关系数，表示测得信号与理想对准标记所预期的信号的相似程度；“微型复制”是对准测量的不同区域或部分的对准位置的标准偏差，表示对准位置的精度；“信噪比”是合格信号除以横过所测信号光谱的相对噪讯水平，而“信号形状”是所述光谱中数个离散频率的相对级，通常是基频的倍数；“信号包络”是测量过程中信号强度的方差；“焦距”是测量过程中晶片的高度偏移；“倾斜”是测量过程中晶片角度和探测器角度之间的角度；“级通道位置偏移”是一个波长的不同通道的对准位置的测量差。“波长通道位置偏移”是不同波长通道的对准位置的测量差；“段间移动”是多个分段对准标记的不同段的对准位置的测量差；“粗-精位置偏移”是在精确相位处的对准标记位置相对于以粗略相位处的对准标记测量值为基础的理想位置之间的差。

[0141] 所述系数同样可以通过包括过程的历史数据确定。例如，可以比较衍射级通道得到的信息与来自在前晶片的信息。如果某通道的信息明显不同于从在前晶片上的通道的信息，那么可以给那个通道较低的加权系数，这是与所述通道的信息非常接近于在前晶片通道的信息的情况相比。处理多个衍射级通道的信息的另外方法为根据晶片栅格参数为每个通道模拟各个通道(平移，旋转，晶片扩展，正交状态，不对称缩放比例和更高级参数)。符合各个信号的晶片模型的残差-所谓栅格残差-是对于某衍射通道相对重要性的限制。例如，如果晶片某位置处通道的残差非常接近该位置的历史残差分布，那么就分配较大的权重因数，这是与该残差偏离在前晶片平均残差的情况相比(同样参见图29示出了晶片残差的统计分布)。历史数据通过这样的方法有助于将利用对准系统获得的信息的传播降为最低。也可以测量来自多个衍射级通道的信息并且选择用于对准的带有最高信号强度的通道而拒绝带有较低信号强度的衍射级通道的信息。其他测定量也可以用这种动态预测。

[0142] 根据实验数据，确定各个检测器之间的相关性是可能的。如果所述相关性是由处理带来的，那么就可利用其产生权值系数，该权值系数能够提高更精确的测量值。一个实施例就是利用一组数据确定基于该信息的静态预测方法。第二实施例在进行过程中校验并且调整预测方法。如果在当前晶片上测得的检测器之间的相关性与预测方法不一样，那么就对所述预测方法进行小的调整。

[0143] 在迄今为止的静态方法的实施例中，来自多个通道的相同信息用于所有的标记。其他类型的静态方法可以区别于从多通道获得的信息应用于每个晶片的靶的限定。这样的静态方法使对准系统处理表面的加工偏差。也可以首先收集来自所有靶的全部信息，而不是直接选择或加权来自每个标记的多个衍射级通道的部分信息。

[0144] 接着晶片栅格可以为全部独立的通道进行确定。这样的方案提供了非常多的灵活性。例如，现在可以基于通道和/或标记来确定晶片扩展，所述通道和/或标记不同于确定旋转的通道/标记。

[0145] 偏轴对准系统OAS可以用来检测各种类型的对准标记。图2示出了经常用作与晶片部件上的基准标记或沿晶片的外围作为总体对准标记。图20示出了半导体晶片400的一部分，该晶片带有很多如402和404的区域，所述区域上有电路，或将要形成电路。在所述电路之间为刻划线，如刻划线406或408。对准标记写入到刻划线408中。相似的，对准标记412写入到刻划线406中。对准标记410和412做成足够狭窄以便保持狭窄的刻划线而避免浪费晶片的空间。如410和412的对准标记的结合提供了正交方向的对准信息，所述正交方向称为X和Y方向。对准标记410被分段使其具有第一靶414和第二靶416。类似地，对准标记412被分段使其具有第一靶418和第二靶420。在本实施例中，每个靶414，416，418和420都是衍射光栅。通常，光栅414-420既可以是相位光栅也可以是振幅光栅。
例如，可以通过在基底或其上的层中蚀刻槽的方法形成相位光栅。本实施例中，各个标记中的每个衍射光栅靶具有不同的周期或节距。基于当前的制造工艺和比例，已经发现对于衍射光栅靶适合使用16.0μm的节距，所述衍射光栅靶如靶416，对于第二光栅靶适合使用
17.6μm及更小的节距，第二光栅靶如光栅414。这样的结合捕获步骤中非常有用，将在下文中更详细地描述。

[0146] 所述捕获步骤是一个粗对准步骤，其中对准标记的位置设置在理想范围内。实施细对准步骤来确定目标对准标记的更精确的位置。在对准过程中，移动晶片400从而沿着与对准标记的光栅靶的槽正交的方向，穿过偏轴对准系统OAS的观测场扫描理想的对准标记。注意，用于捕获和细对准的所有信号基本上可以平行地获得。当晶片400移动使对准标记410的靶光栅416沿着刻划线408在对准系统OAS的视场中穿过时，具有两波长成分的对准光束从靶光栅416反射和衍射(参见图12)。利用上述对准系统OAS的实施例，当靶光栅416扫描穿过对准系统OAS的视场(参见图6示出的参考光栅板)时，可检测七个衍射级通道和两个颜色通道中地信号。对于捕获过程两个颜色中的每一个，沿X和Y方向各有一个附加的通道。

[0147] 图21示出了当光栅例如是靶光栅416，在偏轴对准系统OAS的视场中以恒定速率被扫描时，两波长之一的七个衍射级通道423A-423G产生的信号的实施例。如果对于各衍射级，靶光栅416的像与参考光栅对准，那么存在最大信号强度。相反地，当靶光栅416在其各自的参考光栅上的像完全偏离对准时，就具有最小的检测信号强度。因此可以看到，通过基本恒定的扫描运动，输出信号基本上是正弦型的。高级通道的信号比低级通道的信号具有更高的频率。对于对准系统两个颜色的每一个，当靶光栅416被扫描穿过偏轴对准系统OAS的视场时，可以获得全部七个衍射级的信号。对准标记410和412提供了多靶对准标记的实例。在本实施例中，靶为衍射光栅。在分段的对准标记410中的多个靶用来确定对准标记410的位置。类似地，分段的对准标记412中的靶用来确定对准标记412的位置。多分段的对准标记的原理可以扩展为在对准标记中包括三段，四段或多段。除了如图20所示的带有两段的对准标记，本发明者发现在标记中具有四个靶的对准标记现在非常有用。图22示出了这种四靶对准标记422的实施例，所述对准标记具有靶424，426，428和430。在该实施例中靶424，426，428和430的每一个都是衍射光栅，因此也可以称为靶光栅。靶光栅424，426，428每一个都具有相同的节距，而靶光栅430具有不同的节距(未示出)。对于当前的特性等级(feature scale)和一些应用，发现适合衍射光栅424，426，428的节距为
16.0μm而适合衍射光栅430的为17.6μm。在本实施例中，可以选择具有不同检测特性的每个靶424，426和428。例如，可以选择增强不同衍射级的衍射级增强光栅作为靶424，426和428，(在前述中相比较均匀的衍射光栅的节加强了衍射级的信号)。例如，可以将对准标记422设置成靶424是增强第三衍射级的衍射级增强光栅。可以选择靶426增强第五衍射级，选择靶428增强第七衍射级。

[0148] 图23A-23D为部分相位光栅的横截面示意图。图23A对应带有相同间隔和相同宽度的槽的普通衍射光栅。图23B示意性地示出了第三级增强光栅，其中在图23A的普通光栅中的相邻平坦区之间的槽现在被分为两部分。该子结构区域的宽度基本上与图23A中示出的区域432，434和436相同。图23C示出了第五级增强光栅的实例，其中所述子结构具有三部分而不是图23B示出的两部分。图23D示出了增强第七级的衍射级增强光栅。当使用16.0μm的光栅的情况下，副分段432，434，436和凹处区域438，440等为16.0μm。图23B，23C和23D中相应的特征同样为16.0μm，但是一些具有子结构。

[0149] 衍射级增强光栅定义为在对准传感器的衍射级检测通道中带有信号强度的光栅，相对于从基节距光栅检测到的信号强度，该光栅的级被增强。图23A示出了节距为16.0μm的基节距光栅的实例。图23B，23C和23D为级增强光栅的实例。具有减小了N分之一基节距的光栅为级增强光栅的另一实例。这种光栅的第一级衍射光束将由对准传感器的第N衍射级检测通道来检测。这样的结果是由于我们称为第N级检测器的检测器检测从与从基节距第n级一致的角度的来光。增加或减小光栅的节距会改变光栅射出光的发散角度，因此，可能改变光栅的哪一级实际上由第n级检测器检测。本发明的范围不局限于上述光栅的设计。所有增强衍射级的其他光栅都在本发明的范围内。

[0150] 当沿着参考标记422的长轴方向穿过偏轴对准系统OAS的视场扫描参考标记422时，对于两个波长中的每一个，传感器产生七个衍射级通道中的信号。因此，单独扫描对准标记422可以为靶424，426，428和430的每一个提供十四个颜色/级信号。对于普通衍射光栅，衍射级的信号强度随着衍射级的增长而降低。级增强光栅增强特定的衍射级而高于通常利用不带任何子结构的完全恒定节距的衍射光栅所获得的。通过在作为特定级增强光栅的多靶对准标记422中选择靶，那么可以选择利用来自相应靶的增强级的数据。例如，当选择作为第七级增强光栅的靶光栅424，作为第五级增强光栅的靶426，作为第三级增强光栅的靶428时，发明者仅仅利用来自靶424的第七级通道的信号，利用来自靶426的第五级通道的信号，利用来自靶428的第三级通道的信号，就可以得到很好的结果。图16-19示出的数据就是利用这种对准标记以上述方式进行处理而获得的。虽然图16-19示出的数据是根据与这种多靶对准标记中相同级的级增强靶光栅相对应的衍射级通道中的信号而获得的，但是根据图15-18的总体原理不仅限于这种情况。

[0151] 图20中的对准标记410和412提供了多靶对准标记的实例，该标记具有两个靶，所述靶是带有不同节距的衍射光栅。四靶对准标记422为不同节距的靶与选择增强特定衍射级的靶的结合。可以选择靶得到附加的或不同的效果。例如，可以包括在具有结构特性的多靶对准标记中的靶，所述特性基于可推算的方法或与制造器件的变化。例如，衍射光栅图案在制造中可以带有子图案，用以提供理想的特性。图24示出了衍射部分光栅加入子图案的实例(同样参见图26C)。例如，图23A的子结构432可以被横切来得到如图26C示意性示出的结构442。可以选择组件442中结构的宽度使得其更接近正在制造的器件中的特性结构。图24所示的子结构被认为对于W-CMP处理是很有用的。如图23的右侧横截面视图中所看到的，钨用来填充子结构的槽。也可以有意地在多个靶之间制造一个牺牲靶，所述多个靶经历显著的变化并可能在制造过程中被破坏。

[0152] 牺牲靶的目的是确定加工的依赖性来改进使用非牺牲靶对于对准标记位置的确定。因此，牺牲靶对加工的影响很敏感。例如，多靶对准标记的第一靶为位置稳定性而进行优化，而多靶对准标记的第二靶对例如标记深度，线宽或线角非常敏感。所述敏感性可以用来校正第一靶上的加工影响，得到更稳定的位置。虽然第一靶的位置不管加工而相对稳定，但是第二靶最优化为利用适当的检测器来检测加工影响并利用这一资料根据两靶的组合信息计算出对准标记的更好位置。有益于位置稳定性的靶的实例为靶的一个截面就处于另一个截面之上。例如，所述截面位于基底的不同层。靶的不同截面可以为在一个示例性实施例中的带有不同节距的光栅。由于靶截面相对基底平面位于几乎同样的位置，因此可以同时测量来自两个靶截面的信号。因此来自靶的不同截面的信号对于基底或基底支架的运动中的误差不敏感。

[0153] 在另一个实施例中的牺牲靶的目的是制备或完成定位在牺牲靶之上或其下方的对准靶。置于另一个靶顶上的牺牲靶的实例为从晶片表面除去不透明材料的结构。这使光能够透过基底而达到其下面的靶，使其能够在靶上对准，而这种对准以其他方法是不可能。在另一个靶下方的牺牲靶的实例为一个不透明结构。位于透明材料中的对准光栅的有效深度可以通过在光栅下面安置一个不透明结构而进行调节。实施例的范围不局限于给出的实例。为了改进对准性能而置于对准靶上方或下方的其他结构都在本实施例的范围内。

[0154] 在另一个实施例中，第一靶非常接近产品结构，因而基本上经受与实际产品同样的畸变和加工影响。所述靶可以在基底外部建立，如带有与产品非常接近的特性的分辨率的接触孔或线。这样的靶可以更好地表示产品的位置，但是也更多地受加工的影响，而得所述靶难以检测。例如已知的CMP加工完全去除了产生分辨率的表面结构。多靶对准标记的优点为，出于备用的目的，坚固的第二靶基本上总是可用的。

[0155] 在另一个实施例中通过使用多靶对准标记通过印刷不同层靶或部分靶来确定覆盖。给出的实例使用摩尔技术在层1中印刷图案a而在层2中印刷与图案a覆盖的图案b，形成多靶对准标记的第一靶。使用特定的图案a和b，产生可以由对准传感器检测的拍频波形图，并且第一靶相对于第二靶的位置移动表示覆盖。这种多靶标记的好处是对准靶基本上设置在晶片上相同的位置处。因芯片中的加工偏差引起的可能的测量误差将不会发生。

[0156] 牺牲靶还可以用于除了定位以外的其他目的，例如焦点，能量，辐射量，线宽，接触孔宽度或关键尺寸测量，并可以用在单靶标记或多靶标记中。在本实施例中，牺牲靶对于利用对准或覆盖传感器可检测的上述影响尤其敏感。当所述靶包括具有与产品相似的分辨率或密度的一组接触孔或线时，产品线宽，接触孔宽度或关键尺寸通常可以利用对准靶的相对信号强度而测量。对焦距和辐射量敏感的对准靶的实例在WO02/052350A1中示出，其在这里全部引入作为参考。同样参见，EP022531766，其全部内容在此引入作为参考。对于上述测量，一些不具有生产前景的边缘芯片带有焦点偏移或辐射量偏移而被印刷，并且焦点或辐射量利用对准或覆盖传感器进行检测并在反馈环中进行调整。

[0157] 应用三个检测器通道，就可能进行测量系统的在线鉴定和校准。例如，三个检测器通道测量多靶对准标记的位置。在测量对准标记时，利用测量位置一致的两个检测器通道和测量不同位置的第三传感器，所述第三传感器可以确定为不可靠的。在另一个实施例中，两个检测器通道总是测量对准位置中不变的位置差，而不管加工或对准标记。这样的偏离可以通过自动校准或匹配来得到校正。在另一个实施例中，在特别加工的对准标记的位置测量中，两个检测器通道具有特定的偏移，所述偏移可以为所述特别加工进行校正。当从一个传感器转换到另一个时或同时使用两个检测器通道时，校准的偏移可以用来校正测量值。

[0158] 如上所述，多靶对准标记的原理不局限于仅仅使用多靶对准标记。在多靶对准标记中的靶可以是各种类型的靶。可以包括作为靶的光栅或用其他方法检测的靶，如边界检测和/或图象识别技术。此外，在多靶对准标记中的一些靶可以为一种特定的类型传感器进行优化，如为上述偏轴对准系统OAS优化的光栅，而在相同标记中的其他靶可以适合于其他对准系统和/或其他测量系统。例如，在多靶对准标记中的靶可以适合通过在线计量工具进行检测，所述在线计量工具在进一步加工之前用来评定光致抗蚀剂的曝光精度。

[0159] 捕获过程也可以通过使用新的多靶对准标记而得到改善。在目前的捕获过程中，对准传感器扫描穿过具有第一节距的衍射光栅。如上所述，所述扫描通常通过移动基底穿过对准传感器的视场而完成。这产生了第一周期的正弦信号500，如图25示意性地示出。随后对准传感器扫描穿过具有第二节距的衍射光栅，所述第二节距大于所述第一节距，在本实例中，第一和第二光栅均为同一个多靶对准标记的一部分，即联合使用两个靶的对准标记来确定单一位置。第二正弦信号502由具有不同于第一信号的周期的第二光栅产生。
因此，两个信号504最大值的重合点将在经过适当选择的节距的循环数次而再一次重合。
对于当前应用，节距为16.0μm的第一光栅和节距为17.6μm的第二光栅是很有用的。在这种情况下，经过16.0μm光栅的11个周期和17.6μm光栅的10个周期之后，信号再次重合。这样的图案周期性地重复，导致正确的对准位置不确定(即，可以捕获重复的重合点之一)。在这种情况下捕获范围为±44μm，其中当选择错误的不确定范围时会引入是88μm的倍数的误差。

[0160] 捕获过程也可以使用上述轴上或偏轴对准系统检测的衍射级子光束来进行。另外，高于第一级的子光束可以用于捕获过程和/或可以使用衍射级增强光栅。此外，可以应用各种类型的靶。

[0161] 其他类型的靶也可以引入多靶标记中来实施对准标记的捕获。例如，可以包括多个光栅对，其中每一对具有不同的子分段，例如，衍射级增强光栅，或不同的加工分段，例如前面参考图24所讨论的。图26A和26B示出了多对光栅的两个实例。对准标记600具有四个靶602，604，606和608。靶602，604，和606可以是，例如，级增强光栅，该光栅分别增强第三，第五和第七级，并且具有16.0μm的节距。(注意具有节距16.0μm的光栅被称为8.0μm光栅，因为忽略任何子结构，每条线或槽为节距的一半)。靶608可以为级增强光栅，例如该光栅增强第三级，该光栅具有17.6μm的节距。另一个实例为对准标记610，它具有四个级增强光栅，且全部增强第四级。靶612，614和616每个都具有16.0μm的节距，而靶
618具有17.6μm的节距。在本实例中，靶614和616各自具有不同的加工分段。仅有一对大量可能的变化的一对特定的实例。用来对准的一对光栅可以预先确定和/或可以基于测量信号的量而动态确定。一对16.0μm和17.6μm信号通常的限制是在最接近16.0和
17.6μm最大值的两信号最大值之间的剩余位移，零剩余位移为最佳。另外，多靶标记能够用来确定特定的检测标记，所述特定的检测标记远离平均值。如果使用三个或多个光栅，如
16.0μm光栅，或甚至任意靶，那么可以将光栅的对准位置相互比较，并且可以检测是否其中一个结果远离其他两个或多个结果。偏离的对准信号被称为“飞跳”(flyer)，因此不能用来确定晶片的位置。总体上飞跳可以根据标记到标记来确定，或相对于特定的检测通道进一步确定。此外，可以确定在靶到靶的基础上的位置，靶根据其与标记上其他靶相比较的位置总体上被估算，之后就可以决定是否保留该靶来确定对准位置，或是否拒绝该靶。由于本实例中误差至少为8μm(对于第七级)，在捕获步骤之后更高级(高频)的错误最大值的选择可以很容易地检测到，因此在捕获过程中这种机械装置是非常有用的。

[0162] 多光栅实施例之一是一个捕获多光栅标记。所述标记具有两个为捕获而优化的光栅和两个为精确对准而优化的光栅。本实施例的主要优点在于，不需要折衷的方案来使用一个光栅进行捕获和精确对准。另一个实施例为加工多光栅(参见图26C)。该标记具有一个用于捕获的17.6μm节距的分段和三个16μm节距的分段。16μm节距的分段具有增强相同衍射级的特征。每个16μm节距的分段的特征为特定的加工窗口而进行优化。根据加工特性，16微米节距的分段之一将用于对准。

[0163] 本发明的另一个实施例用于改善的覆盖策略的系统。用于晶片对准的参数对形成微器件的覆盖策略是非常重要的。一些重要的参数为使用的对准标记的数量，对准方法，残差阈值，和晶片上的标记的定位。图27示出了根据本发明实施例的多靶标记，该标记可以和具有改善的覆盖的系统一起使用。对应于光栅节距(节距值的一半)的数值作为数值的实例给出，该数值在当前应用中有用，但不局限于总体原理的特性。图27示出的对准标记具有三个加工靶为当前在加工厂(“fab”)使用的大多数处理(即，CMP，PVD，STI，DT，铜镶嵌等等)提供了对准标记。已经发现三个加工靶是有用的，但是也可以使用不偏离本发明范围的其他数量的加工靶。为了将提高强度而应对特殊处理的加工，设计了特殊处理模块。加工靶的实例在上文参考图24和26C进行描述。例如，在沉积过程中厚度W明显改变的情况下，以覆盖W厚度变化的全部范围的方式选择加工分段。通过这种方法，在W-CMP和Al-PVD处理步骤之后获得最优化的对准性能。

[0164] 在多靶对准标记中的一个或多个靶用来取得对准而其他靶被平行地测量以提供其他的信息，如作为信号匹配到期望的函数形式的相关系数的信号品质(MCC)，信号强度(SS)和栅格模型参数(平移，旋转，放大率等)。图28示意性地示出了根据本发明的加工范围内的自动处理控制(APC)系统中的数据流。由于APC系统也接收来自离线覆盖计量工具的数据，因此该系统可以预测利用另外的策略已经获得的覆盖。APC系统可以根据本发明的实施例来设置从而确定是否及何时转换到将执行的另一个策略。注意也可以为个人提供信息来做出是否采用不同策略的决定。

[0165] 上面直接描述的实施例是用于外部控制系统的反馈回路。这对于例如以一批到一批为基础的缓慢变化的参数是有用的。本发明的另一个实施例提供“反馈”系统和方法，以及以晶片到晶片为基础的动态总体对准策励。基于光刻工具的控制回路为自动装备控制(AEC)的一个实施例。在本发明中，在运行的对准策略失败的情况下，自动反馈为另一个的策略。例如，预定的反馈策略或一个执行第二最佳方案的策略可以用来作为反馈。通过这种方法，在制造过程中由于对准误差而丢弃的晶片数量可以减为最小。

[0166] 在对准失败的情况下，很明显应该转换为其他策略。然而，在批处理的动态总体对准策略的情况下，由于没有可用的外部覆盖数据，转换为另一策略以覆盖性能的间接指示为基础。所述指示例如为级到级的稳定性，残差分析或信号品质分析(SS，MCC)。参见“Extended Athena alignmentperformance and application for the 100vnm technology thnode”by Ramon Navarro，Ron Schuurhuis，Jaap Burghoom.26 annual international symposium onmicrolithography，Feb 25-March 2，2001 in Santa Clara C.A.，上述全部内容在此引入作为参考。级到级的稳定性是对于仅由加工产生的对准位置变化的测量。残差分析的特征在于模拟的晶片栅格与测量位置的匹配程度。在一批中可以完成转换到另一策略的决定。然而当转换到另一策略时，通常需要新的处理校正。在两种情况下(反馈和动态总体对准策略)，确定正确的处理校正值是一个问题。因为对于批次来说处理校正假定是稳定的，因此可以在缓慢反馈APC系统中产生。这样，APC系统不能确定新对准策略的参数，但是可以确定多靶标记的全部分段的处理校正，并且将所述校正传送到光刻工具。利用光刻工具的这些数据，反馈回路可以在批到批的基础上转换对准策略而执行。

[0167] 在本发明的另一实施例中，从对准系统采集的数据可以用来在制造过程中提高品质控制。品质控制在一些晶片上的覆盖计量工具上进行，所述晶片通常随机地从一批中抽取。因此，非常有可能的是从一批中抽取了没有代表性的晶片。由于下一批的加工校正基于这些覆盖计量测量值，因此可能导致批与批之间的覆盖变化。在本实施例中，对准数据-对每个晶片都是可用的-用来识别在覆盖计量工具上测量的晶片。为了确定哪个晶片对于一批来说是具有代表性的，例如可以确定晶片模型参数(平移，扩展，旋转)的晶片到晶片的分布，并确定最接近一批中平均晶片参数的晶片。特别地，晶片扩展和非正交性对于此目的是有用的。另外，可以观看栅格余量，即，每个测量的位置相对于匹配测量位置的最佳栅格的偏离。如果对准标记在不同的机器上曝光，那么栅格余量会带来系统误差。然后对准系统测量带有不同偏移的每个标记。所述偏移为余量贡献很多，因此遮蔽了真正的加工影响。通过确定如图27所示的每个标记位置的余量分布，排除了偏移的影响。现在可以确定全部标记的每一个是否与栅格匹配。其他可用的限制为横过所有标记和所有晶片上的SS和MCC分布，或横过全部晶片的每个标记。另外，还可以指出较差的晶片和有疑问的晶片(飞跳)。例如，可以使用最差的SS，MCC或余量。如果这些最差的晶片都在覆盖计量工具的说明书中，那么整批也都在说明报告中。

[0168] 在本发明的另一个实施例中，对准数据用来确定其他策略的处理校正值。所述处理校正值仅仅为运行的策略在覆盖(overlay)计量工具上确定。正在应用的策略和可替换的策略之间的不同由对准系统测量。为从旧的策略和对准数据的处理校正值得到的新的策略计算处理校正值的公式如下：

[0169] PCnew＝+PCold (13)

[0170] 这应用了每个晶片模型参数，其中PC为离线模拟的晶片模型参数，W为曝光的晶片栅格参数。可应用的晶片参数为：平移X，Y；晶片扩展X，Y；晶片旋转，非正交性。对于对准数据的平均值，不同的方案是可用的，例如：

[0171] 1.一批中的全部晶片；

[0172] 2.仅用于离线覆盖测量的晶片；

[0173] 3.在前的几批(在拒绝的情况下)。

[0174] 在本发明的另一个实施例中，不是校正模拟的覆盖计量数据(PC)，原始的覆盖计altemative active量数据根据用于每一个覆盖靶和每一个离线测量的晶片的栅格差W -W 提供了偏
离。现在对于替换的策略的覆盖性能和处理校正值为每一批而计算。现在，操作者或APC系统可以监视在覆盖中的趋势(即作为几批的时间函数)，从而使操作者或APC系统确定是否转换为其他策略之一。

[0175] 由于上述许多系统使用相干性对准辐射源，因此美国专利US6,384,899中公开的相位调制技术可被用于结合上述系统。美国专利US6,384,899的全部内容在这里整体引入作为参考。根据本发明的对准系统可以在不同的对准装置中实现。在特定的实例中，可以作为图3，5，7，12和13所示的对准系统而实现。在该实例中，所述对准系统具有定位单元。总体上讲，定位单元可以是硬件实现的专用部件，也可以是可编程部件。在可编程单元中，定位单元包括CPU，内存和数据存储区域。此外，定位单元还要具有与其他设备或用户接口通信的I/O端口。

[0176] 本发明参考了作为范例的实施例进行描述。本发明不仅限于上述实施例，还包括在附加的权利要求所限定的本发明范围之内的实施例的组合和变化。本发明参考在制造IC的基底上的标记图案的分步扫描成像装置中的应用进行描述，但并不意味就局限于此。本发明可选择的用在以下装置中，所述装置用于制造集成的或完整的光学系统，磁畴存储器的引导和检测图案或液晶显示板，薄膜磁头，MEMS设备等。所述投影装置不仅可以是投射束为电磁辐射束并且投影系统为光学投影透镜系统的光学装置，而且可以是以下装置，所述装置中投射束为如电子束，离子束或X射线束的带电粒子束，其中使用相关的投影系统，如电子透镜系统。通常，本发明可以用在成像系统中，利用该成像系统一定形成具有非常小的细节的像。当然，上述各种组合也在本发明的范围内。