具有二维对准测量装置的光刻设备和二维对准测量方法转让专利
申请号 : CN200510003559.0
文献号 : CN1794089B
文献日 : 2010-04-07
发明人 : F·B·M·范比森
申请人 : ASML荷兰有限公司
摘要 :
光刻设备具有用来移动带有标记(M3)的对象的执行器，所述标记具有多个排列成行和列的结构(19)。对准装置包括光源、光学系统和检测器。光源和光学系统产生在与列平行的第一方向延伸的第一斑点部分(24x)和在与行平行的第二方向延伸的第二斑点部分(24y)。光学系统把对准辐射束射向标记(M3)，接收从标记(M3)返回的对准辐射，并把对准辐射传送给检测器。检测器把对准信号传送给处理器，处理器根据对准信号计算标记(M3)的二维位置。
权利要求 :
1.一种光刻设备，它包括：
对准装置，它包括光源、光学系统和检测器，所述光源设置成产生光束；所述光学系统设置成接收光束，产生具有对准辐射束斑点的对准辐射束，所述辐射束斑点具有在第一方向延伸的第一对准辐射束斑点部分和在与所述第一方向垂直的第二方向延伸的第二对准辐射束斑点部分，并把所述对准辐射束射向对象上至少一个标记，所述至少一个标记具有多个排列成行或列的结构，接收从所述至少一个标记返回的对准辐射并将所述对准辐射发送给所述检测器；所述检测器设置成根据所述对准辐射产生对准信号；
执行器，用于在所述对准辐射束和所述对象之间产生相对移动；
处理器，它连接到所述执行器和所述检测器，并设置成：
控制所述执行器，使得所述至少一个标记的所述列结构接收所述第一对准辐射束斑点部分和使得所述至少一个标记的所述行结构接收所述第二对准辐射束斑点部分；
接收来自所述检测器的所述对准信号；
根据所述对准信号计算所述至少一个标记的二维位置；
其中这样设置所述执行器，使得所述对准辐射束斑点基本上对角地横过所述至少一个标记移动。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述列具有列长度而所述行具有行长度，所述光源和所述光学系统设置成这样产生所述对准辐射束斑点，使得所述第一对准辐射束斑点部分具有大于所述列长度但小于或等于所述列长度的两倍的第一长度，并且所述第二对准辐射束斑点部分具有大于所述行长度但小于或等于所述行长度的两倍的第二长度。
3.如权利要求2所述的光刻设备，其中所述第一和第二对准辐射束斑点部分相互交叉。
4.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述对准辐射包括由所述第一对准辐射束斑点部分产生的第一衍射图案的第一零衍射级，和由所述第二对准辐射束斑点部分产生的第二衍射图案的第二零衍射级，所述光刻设备包括设置成阻挡所述第一和所述第二零衍射级的阻挡装置。
5.如权利要求4所述的光刻设备，其中所述阻挡装置包括具有多个孔的薄板，所述多个孔设置成传递所述第一衍射图案的一个或多个第一较高衍射级和所述第二衍射图案的一个或多个第二较高衍射级。
6.如权利要求4所述的光刻设备，其中所述阻挡装置包括：具有薄板部分的薄板；以及执行器，所述执行器设置成这样旋转所述阻挡装置，使得所述薄板部分连续地阻挡所述第一和第二零衍射级。
7.如权利要求4所述的光刻设备，其中所述阻挡部分包括：具有第一薄板部分的第一薄板和具有第二薄板部分的第二薄板；以及执行器，所述执行器设置成这样移动所述第一和第二薄板，使得所述第一和第二零衍射级被连续阻挡。
8.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述标记是二维粗标记，所述处理器设置成根据所述对准信号计算粗略的二维位置。
9.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述光刻设备包括：
照射系统，它设置成调节辐射束；
支承结构，它构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够把图案赋予所述辐射束的截面，以便形成具有图案的辐射束；以及投射系统，它设置成把具有图案的辐射束投射到衬底的目标部分。
10.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述光刻设备设置成实现浸没式光刻技术。
11.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述对象是具有顶面和底面的衬底，所述顶面由所述光刻设备曝光，所述至少一个标记位于所述底面上。
12.一种光刻设备中的对准测量方法，所述方法包括：
产生具有对准辐射束斑点的对准辐射束，所述对准辐射束斑点具有在第一方向延伸的第一对准辐射束斑点部分和在与所述第一方向垂直的第二方向延伸的第二对准辐射束斑点部分，把所述对准辐射束射向对象上的至少一个标记上，所述至少一个标记具有排列成行和列的多个结构；
使所述第一对准辐射束斑点部分横过所述至少一个标记的所述结构的列扫描并且使所述第二对准辐射束斑点部分横过所述至少一个标记的所述结构的行扫描；使得所述对准辐射束斑点基本上对角地横过所述至少一个标记移动；
接收从所述至少一个标记返回的对准辐射；
根据所述对准辐射产生对准信号；
根据所述对准信号计算所述至少一个标记的二维位置。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述对象是衬底并且所述方法包括在根据所述对准信号计算所述至少一个标记的二维位置的所述操作之后的以下操作：将具有图案的辐射束提供给对象的目标部分；
利用所述对象制造器件。
说明书 :
技术领域
本发明涉及具有二维对准测量装置的光刻设备和二维对准测量方法。
背景技术
光刻设备是将所需图案加在衬底，通常是加在衬底的目标部分上的设备。光刻设备可以用在例如集成电路(IC)的制造。在所述例子中，又称作为掩模或掩模原版的图案形成装置可用于产生在IC的一个单层上的电路图案。所述图案可以传递到衬底(例如硅晶片)的目标部分(例如包含一个或几个管芯)。图案的传递通常借助于在设置于衬底上的辐射敏感材料(光刻胶)层上成像。一般来说，衬底含有若干连续的图案化的相邻目标部分。已知的光刻设备有称之为步进型和扫描型的，在步进型中通过一次将整个图案曝光在目标部分，从而使各目标部分受到照射；在扫描型中通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)扫描图案，同时与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底，从而使各目标部分受到照射。也能够通过将图案印刷在衬底上来把图案从图案形成装置传递到衬底上。
K.Ota，e.a.，《用于晶片分步器的新的对准传感器》，SPIE，Vol.1463，Optical/Laser Microlithography IV(1991)，p.304-314，和N.R.Farrar，e.a.，《Nikon晶片分步器上通过透镜/离轴的激光对准系统和对准算法的性能》，SPIE，Vol，1673，Integrated CircuitMetrology，Inspection，and Process Control，VI(1992)，P.369-380，公开了一种激光分步对准(LSA)装置。将参考图2-5详细讨论这种先有技术的对准测量装置。在这样一种激光分步对准装置中使用标记，包括排列成行和列的多个方形结构。激光器在一列中的各方形结构上产生细长的对准测量斑点。入射的对准辐射束被标记衍射，产生许多衍射级(diffraction orders)，并反向发送到检测器。在到达检测器前，第零个衍射级被阻挡。检测器为处理器产生检测器信号，确定被斑点照射的标记列的位置。通过连续地把斑点射向所有列并用这种方法测量所有列的位置，就可以把测量的列的位置取平均，确定标记的位置。
在这种先有技术的设计中，使用这种标记测量第一方向上的标记位置。为了测量第二方向，例如与第一方向垂直的方向上的标记位置，还要提供在第二方向上被扫描的又一种标记。一般地说，在衬底的划线道(scribelanes)上将设置在X方向延伸的标记，和在y方向上延伸的标记。这样，为了执行在X方向和Y方向上的对准测量，应当这样移动X划线道和Y划线道上的标记，以便可以通过使用的对准测量装置继续地测量它们。这种移动要花费时间。而且，划线道中的这些标记要占用昂贵的空间，所述划线道也用于各种电子测试电路。
K.Ota，e.a.，《用于晶片分步器的新的对准传感器》，SPIE，Vol.1463，Optical/Laser Microlithography IV(1991)，p.304-314，和N.R.Farrar，e.a.，《Nikon晶片分步器上通过透镜/离轴的激光对准系统和对准算法的性能》，SPIE，Vol，1673，Integrated CircuitMetrology，Inspection，and Process Control，VI(1992)，P.369-380，公开了一种激光分步对准(LSA)装置。将参考图2-5详细讨论这种先有技术的对准测量装置。在这样一种激光分步对准装置中使用标记，包括排列成行和列的多个方形结构。激光器在一列中的各方形结构上产生细长的对准测量斑点。入射的对准辐射束被标记衍射，产生许多衍射级(diffraction orders)，并反向发送到检测器。在到达检测器前，第零个衍射级被阻挡。检测器为处理器产生检测器信号，确定被斑点照射的标记列的位置。通过连续地把斑点射向所有列并用这种方法测量所有列的位置，就可以把测量的列的位置取平均，确定标记的位置。
在这种先有技术的设计中，使用这种标记测量第一方向上的标记位置。为了测量第二方向，例如与第一方向垂直的方向上的标记位置，还要提供在第二方向上被扫描的又一种标记。一般地说，在衬底的划线道(scribelanes)上将设置在X方向延伸的标记，和在y方向上延伸的标记。这样，为了执行在X方向和Y方向上的对准测量，应当这样移动X划线道和Y划线道上的标记，以便可以通过使用的对准测量装置继续地测量它们。这种移动要花费时间。而且，划线道中的这些标记要占用昂贵的空间，所述划线道也用于各种电子测试电路。
发明内容
需要提供设置成执行改进的对准测量的光刻设备。
为此目的，在第一实施例中本发明提供一种光刻设备，所述光刻设备包括：对准装置，它包括光源、光学系统和检测器，所述光源设置成产生光束；所述光学系统设置成接收光束，产生带有对准辐射束斑点的对准辐射束，所述辐射束斑点具有在第一方向延伸的第一对准辐射束斑点部分和在与所述第一方向垂直的第二方向延伸的第二对准辐射束斑点部分，并把所述对准辐射束射向对象上至少一个标记，所述至少一个标记具有多个排列成行和列的结构，接收从所述至少一个标记返回的对准辐射并将所述对准辐射发送给所述检测器；所述检测器设置成根据所述对准辐射产生对准信号；执行器，用于在所述对准辐射束和所述对象之间产生相对移动；处理器，它连接到所述执行器和所述检测器，并设置成：控制所述执行器使所述至少一个标记的所述列结构和所述至少一个标记的所述行结构分别接收所述第一对准辐射束斑点部分和所述第二对准辐射束斑点部分；从所述检测器接收所述对准信号；以及根据所述对准信号计算所述至少一个标记的二维位置。
在一个实施例中，本发明涉及光源。
在另一个实施例中，本发明涉及具有标记图案的掩模原版。
在再一个实施例中，本发明涉及具有对准标记的对象。
在再一个实施例中，本发明涉及阻挡装置。
此外，本发明提供一种对准测量方法。
在另一个实施例中，本发明涉及计算机程序产品。
在再一个实施例中，本发明涉及数据载波。
为此目的，在第一实施例中本发明提供一种光刻设备，所述光刻设备包括：对准装置，它包括光源、光学系统和检测器，所述光源设置成产生光束；所述光学系统设置成接收光束，产生带有对准辐射束斑点的对准辐射束，所述辐射束斑点具有在第一方向延伸的第一对准辐射束斑点部分和在与所述第一方向垂直的第二方向延伸的第二对准辐射束斑点部分，并把所述对准辐射束射向对象上至少一个标记，所述至少一个标记具有多个排列成行和列的结构，接收从所述至少一个标记返回的对准辐射并将所述对准辐射发送给所述检测器；所述检测器设置成根据所述对准辐射产生对准信号；执行器，用于在所述对准辐射束和所述对象之间产生相对移动；处理器，它连接到所述执行器和所述检测器，并设置成：控制所述执行器使所述至少一个标记的所述列结构和所述至少一个标记的所述行结构分别接收所述第一对准辐射束斑点部分和所述第二对准辐射束斑点部分；从所述检测器接收所述对准信号；以及根据所述对准信号计算所述至少一个标记的二维位置。
在一个实施例中，本发明涉及光源。
在另一个实施例中，本发明涉及具有标记图案的掩模原版。
在再一个实施例中，本发明涉及具有对准标记的对象。
在再一个实施例中，本发明涉及阻挡装置。
此外，本发明提供一种对准测量方法。
在另一个实施例中，本发明涉及计算机程序产品。
在再一个实施例中，本发明涉及数据载波。
附图说明
现在，将参考附图用例子说明本发明的实施例，附图中对应的符号表示对应的另件，附图中：
图1描绘本发明实施例的光刻设备；
图2描绘激光分步对准装置的原理图；
图3示出可用于图2所示的激光分步对准装置的标记；
图4示出由图2的对准装置中的标记发送的对准辐射和用于通过一部分辐射的薄板的例子；
图5示出接收图4中所示的对准辐射的检测器的输出信号；
图6示出对准辐射测量斑点的原理性实例，所述对准辐射测量斑点可用于在单一对准标记上执行二维对准测量；
图7示出阻挡装置；
图8a和8b分别示出一维的粗略标记和二维的粗略标记的例子；
图9示出具有标记图案的掩模原版；
图10和11示出用于阻挡衍射图案的衍射级的可供选择的阻挡装置。
图1描绘本发明实施例的光刻设备；
图2描绘激光分步对准装置的原理图；
图3示出可用于图2所示的激光分步对准装置的标记；
图4示出由图2的对准装置中的标记发送的对准辐射和用于通过一部分辐射的薄板的例子；
图5示出接收图4中所示的对准辐射的检测器的输出信号；
图6示出对准辐射测量斑点的原理性实例，所述对准辐射测量斑点可用于在单一对准标记上执行二维对准测量；
图7示出阻挡装置；
图8a和8b分别示出一维的粗略标记和二维的粗略标记的例子；
图9示出具有标记图案的掩模原版；
图10和11示出用于阻挡衍射图案的衍射级的可供选择的阻挡装置。
具体实施方式
图1示意地描绘根据本发明一个实施例的光刻设备。所述设备包括：
-照射系统(照射器)IL，它设置成调整辐射束B(例如，紫外辐射)。
-支承结构(例如掩模台)MT，它支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并且连接到设置成根据某些参数精确定位图案形成装置的第一定位器PM；
-衬底台(例如晶片台)WT，它支撑衬底(例如，涂有光刻胶的晶片)W并连接到设置成根据某些参数精确定位衬底的第二定位器PW；以及
-投射系统(例如折射式投射透镜系统)PS，它设置成通过图案形成装置MA把传递给辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如用于定向、成形或控制辐射的折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件，或它们的任意组合。
所述支承结构支撑，即承受图案形成装置的重量。它根据图案形成装置的取向、光刻设备的设计及其它条件(例如是否在真空环境中支撑图案形成装置)用一种方法支撑图案形成装置。所述支承结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术支撑图案形成装置。所述支承结构可以是框架或工作台，例如框架和工作台可以是固定的或按需要移动。所述支承结构可保证图案形成装置处于所需位置，例如相对于投射系统的位置。本文中使用的术语”掩模原版”或”掩模”都可视为与更广义的术语”图案形成装置”同义。
本说明书使用的术语”图案形成装置”应广义地理解为指能用于把图案赋予辐射束的横截面的任何装置，例如在衬底的目标部分产生图案的装置。应该指出，赋予辐射束的图案不能与衬底上的目标部分所需图案精确对应，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地说，赋予辐射束的图案将与目标部分产生的装置中的具体功能层对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案装置的实例包括掩模、可编程镜片阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，它包括掩模类型(例如二进制的)、供选择的相移和渐变相移以及各种混合式掩模类型。可编程镜片阵列的例子使用小镜片阵列结构，阵列的每一个镜片都可以单独倾斜，以便在不同方向反射入射的辐射束。所述倾斜镜片传递由镜片矩阵反射的辐射束中的图案。
文中所用术语”投射系统”应该广义地理解为涵盖各种类型投射系统，包括折射的、反射的、折反射式的、磁的、电磁的和静电光学系统，或者它们的任意组合，只要适合于所使用的曝光辐射或例如浸没液体的使用或者真空的使用等其他条件。本文中使用的术语”投射透镜”可以视为与更广义的术语”投射系统”同义。
如上所述，光刻设备可以是透射型的(例如，使用透射掩模)。此外，光刻设备可以是反射型的(例如，使用上述可编程镜片阵列或使用反射掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双级)或两个以上衬底台(和/或两个或两个以上掩模台)的类型。在这种”多级”机器中，增加的工作台可以并行地使用，即，在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个其他台上进行曝光。
光刻设备也可以是这种类型：其中至少衬底的一部分被浸入具有较高折射率的液体(例如水)，以便将液体注入投射系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备的其他部分，例如掩模和投射系统之间。众所周知，浸没技术在先有技术中已用于增大投射系统的数值孔径。这里使用的术语”浸没”并不意味着结构，例如衬底必须浸没在液体中，而仅仅意味着在曝光期间液体置于投射系统和衬底之间。
参考图1，照射器IL接收辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻设备可以是分离的实体，例如当辐射源为准分子激光器时。这种情况下，没有把辐射源看作为构成光刻设备的一部分，辐射束借助于辐射束投送系统BD从辐射源SO传送到照射器IL，所述辐射束投射系统包括合适的引导镜片和/或辐射束扩张器。在另一种情况下，辐射源可以是光刻设备整体的一部分，例如当辐射源为水银灯时。如果需要，可以把辐射源SO和照射器IL与辐射束投送系统BD一起称作为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节辐射束强度的角分布的调节器AD。一般地说，至少可以调节照射器的孔径平面上的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称作为外部σ和内部σ)。此外照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。所述照射器可以用于调节辐射束，使其截面上具有所需的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在安装在支承结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如掩模MA)上并且由图案形成装置将其图案化。穿过掩模MA后，辐射束B通过投射系统PS，后者将辐射束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉式装置、线性编码器和电容传感器)，衬底台WT可以精确移动，例如以便确定辐射束B的路径中的各种目标部分C的位置。类似地，第一定位器PM和其他定位传感器(图1中没有显式表示出来)可以用于精确地确定掩模MA相对于辐射束B的路径的位置，例如从掩模库机械检索之后，或在扫描期间确定。一般地说，掩模台MT的移动可以借助于长行程模块(long-strok module)(粗略定位)和短行程模块(精细定位)实现，所述长行程模块和短行程模块是构成第一定位器PM的一部分。类似地，衬底台WT的移动可以利用长行程模块和短行程模块实现，所述长行程模块和短行程模块是构成第二定位器PW的一部分。在分步调节(例如与扫描相反)的情况下，掩模台MT只可以连接到短行程执机构，或者可以是固定的。掩模MA和衬底W可以利用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准。如上所述，虽然衬底对准标记占据了专用的目标部分，但是它们可以定位在目标部分之间的区域(这可以看作为划线道对准标记)。类似地，在掩模MA安装有一个以上的管芯的情况下，掩模对准标记可以定位在这些管芯之间。
所描述的设备可以使用以下方式中的至少一种：
1.分步方式：掩模台MT和衬底台WT都保持基本稳定，这时把传递到辐射束的整个图案一次投射到目标部分C(即一次静态曝光)。然后，衬底WT在X和/或Y方向移动，使不同的目标部分C都能曝光。在分步方式中，曝光域的最大尺寸限制在一次静态曝光成像的目标部分C的尺寸。
2.扫描方式：掩模台MT和衬底台WT同步扫描，同时把赋予辐射束的图案投射到目标部分C(即一次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投射系统PS的(缩小)放大和图像反转特性确定。在扫描方式中，曝光域的最大尺寸限制在一次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向)，而扫描移动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向)。
3.其它方式：支撑可编程图案形成装置的掩模台MT保持基本稳定，并在把赋予辐射束的图案投射到目标部分C时移动衬底台WT或对它扫描。在所述方式下，通常是使用脉冲辐射源，在每一次衬底台WT移动后或在扫描期间连续的辐射脉冲之间可编程图案形成装置按需要更新。所述方式的操作能方便地应用到使用可编程图案形成装置(例如上述类型的可编程镜面阵列)的无掩模光刻技术中。
也可以使用上述方式的组合和/或变型或者完全不同的方式。
图2示出激光分步对准装置的例子。图2所示的装置包括激光源2、镜片10、半透明镜片12、镜片14、检测器4和处理器6。图2还示出投射系统PS、衬底W和衬底台WT以及执行器8。
使用时，激光源2产生射向镜片10的激光束16。镜片10将激光束16反射到第二镜片12上。被镜片12反射的激光束16射向镜片14。被镜片14反射的激光束16作为对准光束18射向衬底W上的标记M3(参见图3)。由标记M3接收的对准光束18被标记M3衍射为衍射辐射16’返回镜片14。镜片14将衍射辐射16’反射给镜片12。镜片12是半透明的，因而让部分衍射辐射16’通过到达检测器4。检测器4接收一部分衍射辐射16’并产生用于处理器6的输出信号。
图2所示的执行器8用来说明衬底台WT可以移动到这样的位置，使得标记M3能够与对准光束18对准。而且正如本专业的技术人员所知的，执行器8设置成将衬底台WT移动到可以由通过投射系统PS的曝光对衬底W曝光的位置。执行器8由处理器8控制。自然，实际上将有多个执行器将衬底台WT在多个方向移动。应当指出，以连接到检测器4和执行器8的单一处理单元的形式示出处理器6。但是，如果需要，可以用不同处理器实现多个不同功能的处理器6。这些处理器不需要置于光刻设备中，而可以位于光刻设备外。
图3示出标记M3的例子，标记M3可以位于衬底W上，用于对准的目的。但是标记M3也可以位于衬底台WT上或被对准的任何其它对象上。
图3是标记M3的顶视图。所述标记包括排列成行和列的多个方形结构19。方形结构19是由能与其周围环境区别的材料或结构组成的。方形结构19可以例如是比标记M3的其余表面较高或较低的部分。可以使用其它形状代替方形结构19。方形结构19具有长度L1和宽度W1。列中相邻的方形结构具有间距P1，而一列中相邻的方形结构之间的中间距离用S1表示。行中相邻的方形结构19的间距为P2。
对准光束18的宽度为Ws、长度为Ls的矩形斑点17。在所示的实施例中，对准光束的斑点17的位置是固定的。标记M3可以在图3所示的扫描方向中与标记M3的列垂直的方向上移动。通过在扫描方向上移动标记M3，对准光束的斑点17可以位于一列中的方形结构19的上面。移动由执行器8实现。
可以使用的测量例子有：
W1＝L1＝4μm
P1＝8μm
S1＝4μm
P2＝20μm
Ws＝2μm
Ls＝70μm
但是，如需要可以使用其它数值。
如图3所示，当对准光束的斑点17射到方形结构的一列上时，如本专业的技术人员所知，将得到具有多级的衍射图案。
图4示出通过这样一个衍射图案的横截面。图4示出由标记M3衍射的对准辐射的衍射图案的以下各级：16’(i)(i＝-3，-2，-1，0，1，2，3，其中i＝衍射级)。衍射级16’(0)用虚线表示。其原因在于图4还示出具有两个孔20、22的薄板21。这样设置薄板21，使得只有阶16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3能够通过孔20、22。衍射级16’(0)被薄板21阻挡。衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3射向检测器4。
图5示出当接收衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3时检测器4的输出信号。接收到的衍射级的光强由检测器4累计。当孔20、22尽可能多地通过衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3时，检测器4的输出信号将具有最大值Imax。当衬底台WT在扫描方向上移动时，检测器4的输出信号强度被降低到最小值Imin，这时对准光束斑点17主要照射限制衍射强度的方形结构19之间的区域。当衬底台WT还在扫描方向移动时，检测器4的输出信号的强度将再次增加，一直到由检测器4接收到方形结构19的下一列的衍射级16’(i)，i＝-3，-2，1，1，2，3为止。所述图案将重复一直到由检测器4检测到方形结构19的所有列为止。可以看出，当薄板21阻挡零级16’(0)时，图5所示信号的周期特性具有最佳信噪比。
处理器6可以使用由它接收的图5的信号来对准标记M3位于其上的目标。为此，正如本专业的技术人员所知的，可以使用各种算法，例如可以对由图5所示信号导出的图3所示方形结构19的列的位置求平均，以便实现标记M3位置的最佳估算。
将参考激光分步对准系统说明本发明，其中将参考图2-5说明一个例子。但是，本发明也适用其他类型的对准设置，例如用所谓的“Athena”传感器的配置。所述对准传感器测量对准掩模的位置。在对准期间，对准标记用对准辐射束照射。对准辐射束被对准标记衍射成若干个不同级，例如+1、-1、+2和-2。利用光学元件，每一集对应的衍射级(所说的+1和-1)用来把对准标记的图像形成在基准薄板上。基准薄板包括用于被测量的每一集对应的衍射级的基准光栅。在每一个基准光栅之后，分离检测器设置成测量通过基准光栅的图像上的辐射强度。通过相对于基准薄板移动对准标记，可以发现一个或多个图像的最大强度的位置，所述位置给出了对准的位置。
为了提高性能，可以测量几个图像的强度，对准辐射束可以由多个色彩组成。
不排除使用其他类型的传感器，例如基于电容的或声学测量原理的传感器。
图6示出根据本发明实施例的标记M3和对准辐射束斑点24的原理性视图。对准辐射束斑点24具有两部分：在y方向延伸的用来测量x方向上标记M3的连续列的第一斑点部分24x和在x方向延伸的用来测量在y方向上标记M3的连续行的第二斑点部分24y。
使用时，在第一实施例中，标记M3被处理器6控制的执行器8移动，使得对准辐射束斑点24相对于标记M3作对角移动，如图6中箭头所示。在图6中，如图所示，对准辐射束斑点24相对于标记M3从左边最下的方形结构1911移动到右边最上的方形结构19ru。而且所示的斑点部分24x、24y包括细长的条带状截面，其中斑点部分24x具有约两倍于y方向的标记M3的长度Ly的长度，而斑点24y具有约两倍于x方向的标记M3的长度Lx的长度。而且，在所示实施例中，斑点24x、24y在它们各自的中心基本上是相互交叉。长度Lx和Ly分别与各行和列的长度对应。
当斑点24和标记M3按照箭头A表示的彼此相对地移动时，在连续的测量操作期间标记M3的所有方形结构19将被斑点24照射，即，在每一列中的所有方形结构19将由对准辐射束斑点部分24x照射一次，而在每一行中的所有方形结构19将由对准辐射束斑点部分24y照射一次。
虽然是优选的，但是对准辐射束斑点部分24x和24y的长度不需要分别是标记长度Ly和Lx的两倍大(或更大)。较短的长度就足够。唯一的条件是：在高于零衍射级的各衍射级中存在足够大的辐射强度，使得检测器4接收到足够的光强以便为处理器6产生有效信号。
显然，对于本专业的技术人员来说，通过孔20和22的衍射级取决于方形结构的大小和间距。本发明不限于衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3射向检测器4的情况。射向检测器4的多少衍射级都处于本发明的范围内。
阻挡由对准辐射束斑点部分24x和24y引起的零衍射级而仅仅让一个或多个较高衍射级传送给检测器4有几种任选的方案。
图7示出用于本发明一个实施例的薄板29。薄板29包括四个孔31、33、35、37。当这些斑点部分24x和24y分别射向方形结构19的列和行时，斑点部分24x和24y分别产生各自的衍射图案级16x’(i)和16y’(i)。应当指出，同一时间里在列和行方向上这些衍射图案级的强度不需要是同等强的。很可能是斑点部分24x到达方形结构19的一列，而同时斑点部分24y到达与方形结构19的行相邻的区域，或者反之亦然。
检测器4应当设置成接收分离的衍射级16x’(i)和16y’(i)，并将与衍射级16x’(i)有关的第一检测信号传送给处理器6，与衍射级16y’(i)有关的第二检测信号传送给处理器6。第一和第二检测信号都具有图5所示的形式。
或者，可以利用由处理器6控制的执行器26把薄板21来回地旋转90°，如图10所示。执行器26通过合适的连接装置(未示出)连接到薄板21。当对准辐射束斑点部分24x照射在一列上，同时对准辐射束斑点部分24y照射在一行上时，就可执行旋转。但是，按照另一种可供选择的方案，可以彼此相对地移动斑点24和标记M3，使得任何时候对准辐射束斑点部分24x照射在一列上，然后对准辐射束斑点部分24y照射在与一行相邻或两行之间的标记部分，反之亦然。于是，在移动期间，衍射级可以交替地来源于对准辐射束斑点部分24x和对准辐射束斑点部分24y。
通过利用执行器26连续地把薄板21旋转约90°，检测器4象图5所示的那样将检测器信号发送给处理器6，而连续的各最大值Imax将连续地与标记M3的行和列有关。薄板21可以象被处理器6控制那样旋转约90°，任何时候处理器6都能检测到最大值Imax。由处理器6产生控制信号，并发送给设置成旋转薄板21的执行器26。
在图11中所示的可供选择的配置中，薄板21没有被旋转，但是测量装置包括两个薄板21和21’，两个的形状都象薄板21，但是一个薄板21的孔20、22在y方向上相互邻接，如图4所示，而另一个薄板21’的孔20’和22’在x方向上相互邻接。然后，这些薄板21、21’由执行器26’驱动去连续地中断分别由对准辐射束斑点部分24x和24y引起的各衍射级中的零衍射级。执行器26’用合适的连接装置(未示出)连接到薄板21、21’，并由处理器6控制。
在可供选择的实施例中，不是同时地而是在时间上交替地产生对准辐射束斑点部分24x和24y。这可以通过两个被交替地驱动的激光源来实现，其中一个产生对准辐射束斑点部分24x，而另一个产生对准辐射束斑点部分24y。但是，在另一个可供选择的实施例中，这可以通过使用具有不同形状快门的单一激光源来实现，一个快门具有在一个方向上的狭缝，而另一个快门具有在另一个垂直方向上的狭缝，并且这样驱动所述快门，使得它们交替地让激光源的激光束流过。在再一个实施例中，分束器与两个束成形物体()及频率调制器组合。本发明不限于它的技术等价实施例。
对于本专业的技术人员来说，很显然，斑点24和标记M3之间的相对移动不需要跟随由箭头A表示的直线。所述相对移动可以分别在x方向和y方向都是阶梯式的，分别具有一个或多个列和行的步长。首先，在其最简单的形式中，这样的阶梯式移动的结果是：通过x方向的相对移动而利用对准辐射束斑点部分24x测量所有列，如图中所示和参考图3的说明，然后通过y方向的相对移动而利用对准辐射束斑点部分24y测量所有行，反之亦然。在后一种情况下，对准辐射束斑点部分24x可能具有与Ly相等的长度，而对准辐射束斑点部分24y可能具有与Lx相等的长度。此外，当应用这种阶梯式移动时，不能交替地从对准辐射束斑点部分24x和24y产生由标记M3辐射的整组衍射级。可能存在其他来源的级，例如，可能存在来源于对准辐射束斑点部分24x前面两组衍射级，可能存在来源于对准辐射束斑点部分24y的后面两组衍射级，等等。
在所示的实施例中，标记M3包括许多y方向和x方向一样的方形结构。但是，其数目可以改变并在x和y方向上可以不同。而且，方形结构19的大小及间距对于x和y方向都可以是不同的。如果需要，所述结构可以是其他形状。
图8a示出先有技术的原始标记M4，而图8b示出本发明的原始标记M5。标记M4和M5包括排列成行和列的多个方形结构。标记M4在y方向上的间距为Py，对于所有行所述间距都相等，但是在两相邻的列之间具有间距Px2，它与其他相邻列之间的其他间距Px1不同。如本专业的技术人员所知的，由于标记M4产生一种对准辐射，所述对准辐射产生检测器4的与图5所示的类似的信号但是在另一个相互距离而不是信号的相互距离上具有两个相邻的最大值，因此标记M4可以用于实现粗略的对准。这提供具有选择方案的处理器6，以便进行以较大间距Px2在空间相邻的两列的粗略识别。
图8b示出标记M5，它不仅在x方向上具有一个(或一个以上)不同的间距Px2，而且在y方向上具有与y方向上的其他间距Py1不同的间距Py2。因此，标记M5提供图2的具有选择方案的对准结构，以便在x方向和y方向上实现粗略的对准。
如关于标记M3所观察到的，标记M5可以具有矩形结构，所述矩形结构在x方向和y方向具有不同大小和间距。而且列数目不需要与行数目相同。如果需要，也可以使用除方形或矩形结构外的其他结构。
如本专业的技术人员将明白的，可以通过在光刻设备中的曝光过程而在所述对象(例如衬底和衬底台)上制作标记M3和M5。为此，在这样的光刻设备中使用具有合适标记图案的掩模原版。图9示出这样一个具有一个或多个标记图案MP的掩模原版MA1的示意图。一个或多个标记图案MP位于掩模原版的划线道30上，它与衬底W上的x方向和y方向的划线道对应，并用图1所示的设备、用本专业的技术人员所知的方法投射到衬底W上。如本专业的技术人员所知的，图8示出的掩模原版MA1也具有掩模原版区域32，所述掩模原版区域与成像在衬底W上的管芯区域的结构对应。
虽然图2所示结构表明执行器8移动衬底台WT，以便形成对准辐射束18横过衬底W移动，但是应该理解，可以通过合适的装置来使对准辐射束18移动，例如通过被驱动而扫描对准辐射束18的镜片来使对准辐射束18移动，这样，斑点部分24x和24y横过衬底W移动，而衬底台WT(因而衬底W)仍保留在固定位置。
虽然本说明书具体引用的是光刻设备在IC制造中的应用，但是应该理解，这里说明的光刻设备可以应用到其他方面，例如集成光学系统的制造、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。本专业的技术人员将理解，在这些可供选择的应用环境中，本文中使用的术语”晶片”或”管芯”都可以视为分别与更广义的术语”衬底”或”目标部分”同义。这里说的衬底可以在曝光前后处理，例如跟踪(track)(通常给衬底设置一层光刻胶并对曝光的光刻胶显影的工具)、计量学工具和/或检验工具。这里公开的应用可以适用这样的和其他衬底的处理工具。而且衬底可以处理多次，例如为了制造多层IC，使得这里使用的术语衬底也可以指已经包含多个处理层的衬底。
虽然上面具体引用的是本发明在光学的光刻技术环境中应用的实施例，但是应该理解，本发明可以适用其他应用，例如印刷光刻技术或浸入式光刻技术，其中允许的范围不限于光学光刻技术。在印刷光刻技术中，图案形成装置的图形确定了在衬底上生成的图案。图案形成装置的图形可以压制在设置于衬底上的一层光刻胶中，通过使用电磁辐射、加热、加压或它们的组合可以固化在光刻胶上。在光刻胶被固化后移去图案形成装置，图案就留在光刻胶上。
虽然上面具体引用的是本发明在顶面对准环境中应用的实施例，但是应该理解，本发明可以适用对准标记置于晶片底面的应用。
虽然上面具体引用的是带有具体对准标记大小的应用实施例，但是应该理解，标记大小的调整会降低对准标记对某些过程，例如CMP(化学抛光)、PVD(物理汽相沉淀)或蚀刻的灵敏度，标记大小的调整可以在不脱离本发明范围的情况下进行。
这里所用的术语”辐射”和”辐射束”涵盖各种类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长约为365、355、248、193、157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(例如波长范围约为5-20nm)以及粒子辐射束，例如离子束或电子束。
术语”透镜”，在允许的环境中可以指各种类型的光学部件中的一个或它们的组合，包括折射的、反射的、磁的、电磁的和静电的光学部件。
尽管上面说明了本发明的具体实施例，但是将会理解，除上述应用外，本发明也适用其他应用。例如，本发明可以采取包含一个或多个描述上述公开的方法的机器可读指令序列的计算机程序的形式或存储这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
以上的描述是说明性而不是限制。因此本专业的技术人员将明白，在不脱离后面的权利要求范围的情况下，可对上面说明的本发明作修改，例如各图可以示出信号从一个装置传送到另一个装置的物理连接。但是，所有的通信连接都可以是无线的。
-照射系统(照射器)IL，它设置成调整辐射束B(例如，紫外辐射)。
-支承结构(例如掩模台)MT，它支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并且连接到设置成根据某些参数精确定位图案形成装置的第一定位器PM；
-衬底台(例如晶片台)WT，它支撑衬底(例如，涂有光刻胶的晶片)W并连接到设置成根据某些参数精确定位衬底的第二定位器PW；以及
-投射系统(例如折射式投射透镜系统)PS，它设置成通过图案形成装置MA把传递给辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如用于定向、成形或控制辐射的折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件，或它们的任意组合。
所述支承结构支撑，即承受图案形成装置的重量。它根据图案形成装置的取向、光刻设备的设计及其它条件(例如是否在真空环境中支撑图案形成装置)用一种方法支撑图案形成装置。所述支承结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术支撑图案形成装置。所述支承结构可以是框架或工作台，例如框架和工作台可以是固定的或按需要移动。所述支承结构可保证图案形成装置处于所需位置，例如相对于投射系统的位置。本文中使用的术语”掩模原版”或”掩模”都可视为与更广义的术语”图案形成装置”同义。
本说明书使用的术语”图案形成装置”应广义地理解为指能用于把图案赋予辐射束的横截面的任何装置，例如在衬底的目标部分产生图案的装置。应该指出，赋予辐射束的图案不能与衬底上的目标部分所需图案精确对应，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地说，赋予辐射束的图案将与目标部分产生的装置中的具体功能层对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案装置的实例包括掩模、可编程镜片阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，它包括掩模类型(例如二进制的)、供选择的相移和渐变相移以及各种混合式掩模类型。可编程镜片阵列的例子使用小镜片阵列结构，阵列的每一个镜片都可以单独倾斜，以便在不同方向反射入射的辐射束。所述倾斜镜片传递由镜片矩阵反射的辐射束中的图案。
文中所用术语”投射系统”应该广义地理解为涵盖各种类型投射系统，包括折射的、反射的、折反射式的、磁的、电磁的和静电光学系统，或者它们的任意组合，只要适合于所使用的曝光辐射或例如浸没液体的使用或者真空的使用等其他条件。本文中使用的术语”投射透镜”可以视为与更广义的术语”投射系统”同义。
如上所述，光刻设备可以是透射型的(例如，使用透射掩模)。此外，光刻设备可以是反射型的(例如，使用上述可编程镜片阵列或使用反射掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双级)或两个以上衬底台(和/或两个或两个以上掩模台)的类型。在这种”多级”机器中，增加的工作台可以并行地使用，即，在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个其他台上进行曝光。
光刻设备也可以是这种类型：其中至少衬底的一部分被浸入具有较高折射率的液体(例如水)，以便将液体注入投射系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备的其他部分，例如掩模和投射系统之间。众所周知，浸没技术在先有技术中已用于增大投射系统的数值孔径。这里使用的术语”浸没”并不意味着结构，例如衬底必须浸没在液体中，而仅仅意味着在曝光期间液体置于投射系统和衬底之间。
参考图1，照射器IL接收辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻设备可以是分离的实体，例如当辐射源为准分子激光器时。这种情况下，没有把辐射源看作为构成光刻设备的一部分，辐射束借助于辐射束投送系统BD从辐射源SO传送到照射器IL，所述辐射束投射系统包括合适的引导镜片和/或辐射束扩张器。在另一种情况下，辐射源可以是光刻设备整体的一部分，例如当辐射源为水银灯时。如果需要，可以把辐射源SO和照射器IL与辐射束投送系统BD一起称作为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节辐射束强度的角分布的调节器AD。一般地说，至少可以调节照射器的孔径平面上的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称作为外部σ和内部σ)。此外照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。所述照射器可以用于调节辐射束，使其截面上具有所需的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在安装在支承结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如掩模MA)上并且由图案形成装置将其图案化。穿过掩模MA后，辐射束B通过投射系统PS，后者将辐射束聚焦在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉式装置、线性编码器和电容传感器)，衬底台WT可以精确移动，例如以便确定辐射束B的路径中的各种目标部分C的位置。类似地，第一定位器PM和其他定位传感器(图1中没有显式表示出来)可以用于精确地确定掩模MA相对于辐射束B的路径的位置，例如从掩模库机械检索之后，或在扫描期间确定。一般地说，掩模台MT的移动可以借助于长行程模块(long-strok module)(粗略定位)和短行程模块(精细定位)实现，所述长行程模块和短行程模块是构成第一定位器PM的一部分。类似地，衬底台WT的移动可以利用长行程模块和短行程模块实现，所述长行程模块和短行程模块是构成第二定位器PW的一部分。在分步调节(例如与扫描相反)的情况下，掩模台MT只可以连接到短行程执机构，或者可以是固定的。掩模MA和衬底W可以利用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准。如上所述，虽然衬底对准标记占据了专用的目标部分，但是它们可以定位在目标部分之间的区域(这可以看作为划线道对准标记)。类似地，在掩模MA安装有一个以上的管芯的情况下，掩模对准标记可以定位在这些管芯之间。
所描述的设备可以使用以下方式中的至少一种：
1.分步方式：掩模台MT和衬底台WT都保持基本稳定，这时把传递到辐射束的整个图案一次投射到目标部分C(即一次静态曝光)。然后，衬底WT在X和/或Y方向移动，使不同的目标部分C都能曝光。在分步方式中，曝光域的最大尺寸限制在一次静态曝光成像的目标部分C的尺寸。
2.扫描方式：掩模台MT和衬底台WT同步扫描，同时把赋予辐射束的图案投射到目标部分C(即一次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投射系统PS的(缩小)放大和图像反转特性确定。在扫描方式中，曝光域的最大尺寸限制在一次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向)，而扫描移动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向)。
3.其它方式：支撑可编程图案形成装置的掩模台MT保持基本稳定，并在把赋予辐射束的图案投射到目标部分C时移动衬底台WT或对它扫描。在所述方式下，通常是使用脉冲辐射源，在每一次衬底台WT移动后或在扫描期间连续的辐射脉冲之间可编程图案形成装置按需要更新。所述方式的操作能方便地应用到使用可编程图案形成装置(例如上述类型的可编程镜面阵列)的无掩模光刻技术中。
也可以使用上述方式的组合和/或变型或者完全不同的方式。
图2示出激光分步对准装置的例子。图2所示的装置包括激光源2、镜片10、半透明镜片12、镜片14、检测器4和处理器6。图2还示出投射系统PS、衬底W和衬底台WT以及执行器8。
使用时，激光源2产生射向镜片10的激光束16。镜片10将激光束16反射到第二镜片12上。被镜片12反射的激光束16射向镜片14。被镜片14反射的激光束16作为对准光束18射向衬底W上的标记M3(参见图3)。由标记M3接收的对准光束18被标记M3衍射为衍射辐射16’返回镜片14。镜片14将衍射辐射16’反射给镜片12。镜片12是半透明的，因而让部分衍射辐射16’通过到达检测器4。检测器4接收一部分衍射辐射16’并产生用于处理器6的输出信号。
图2所示的执行器8用来说明衬底台WT可以移动到这样的位置，使得标记M3能够与对准光束18对准。而且正如本专业的技术人员所知的，执行器8设置成将衬底台WT移动到可以由通过投射系统PS的曝光对衬底W曝光的位置。执行器8由处理器8控制。自然，实际上将有多个执行器将衬底台WT在多个方向移动。应当指出，以连接到检测器4和执行器8的单一处理单元的形式示出处理器6。但是，如果需要，可以用不同处理器实现多个不同功能的处理器6。这些处理器不需要置于光刻设备中，而可以位于光刻设备外。
图3示出标记M3的例子，标记M3可以位于衬底W上，用于对准的目的。但是标记M3也可以位于衬底台WT上或被对准的任何其它对象上。
图3是标记M3的顶视图。所述标记包括排列成行和列的多个方形结构19。方形结构19是由能与其周围环境区别的材料或结构组成的。方形结构19可以例如是比标记M3的其余表面较高或较低的部分。可以使用其它形状代替方形结构19。方形结构19具有长度L1和宽度W1。列中相邻的方形结构具有间距P1，而一列中相邻的方形结构之间的中间距离用S1表示。行中相邻的方形结构19的间距为P2。
对准光束18的宽度为Ws、长度为Ls的矩形斑点17。在所示的实施例中，对准光束的斑点17的位置是固定的。标记M3可以在图3所示的扫描方向中与标记M3的列垂直的方向上移动。通过在扫描方向上移动标记M3，对准光束的斑点17可以位于一列中的方形结构19的上面。移动由执行器8实现。
可以使用的测量例子有：
W1＝L1＝4μm
P1＝8μm
S1＝4μm
P2＝20μm
Ws＝2μm
Ls＝70μm
但是，如需要可以使用其它数值。
如图3所示，当对准光束的斑点17射到方形结构的一列上时，如本专业的技术人员所知，将得到具有多级的衍射图案。
图4示出通过这样一个衍射图案的横截面。图4示出由标记M3衍射的对准辐射的衍射图案的以下各级：16’(i)(i＝-3，-2，-1，0，1，2，3，其中i＝衍射级)。衍射级16’(0)用虚线表示。其原因在于图4还示出具有两个孔20、22的薄板21。这样设置薄板21，使得只有阶16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3能够通过孔20、22。衍射级16’(0)被薄板21阻挡。衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3射向检测器4。
图5示出当接收衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3时检测器4的输出信号。接收到的衍射级的光强由检测器4累计。当孔20、22尽可能多地通过衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3时，检测器4的输出信号将具有最大值Imax。当衬底台WT在扫描方向上移动时，检测器4的输出信号强度被降低到最小值Imin，这时对准光束斑点17主要照射限制衍射强度的方形结构19之间的区域。当衬底台WT还在扫描方向移动时，检测器4的输出信号的强度将再次增加，一直到由检测器4接收到方形结构19的下一列的衍射级16’(i)，i＝-3，-2，1，1，2，3为止。所述图案将重复一直到由检测器4检测到方形结构19的所有列为止。可以看出，当薄板21阻挡零级16’(0)时，图5所示信号的周期特性具有最佳信噪比。
处理器6可以使用由它接收的图5的信号来对准标记M3位于其上的目标。为此，正如本专业的技术人员所知的，可以使用各种算法，例如可以对由图5所示信号导出的图3所示方形结构19的列的位置求平均，以便实现标记M3位置的最佳估算。
将参考激光分步对准系统说明本发明，其中将参考图2-5说明一个例子。但是，本发明也适用其他类型的对准设置，例如用所谓的“Athena”传感器的配置。所述对准传感器测量对准掩模的位置。在对准期间，对准标记用对准辐射束照射。对准辐射束被对准标记衍射成若干个不同级，例如+1、-1、+2和-2。利用光学元件，每一集对应的衍射级(所说的+1和-1)用来把对准标记的图像形成在基准薄板上。基准薄板包括用于被测量的每一集对应的衍射级的基准光栅。在每一个基准光栅之后，分离检测器设置成测量通过基准光栅的图像上的辐射强度。通过相对于基准薄板移动对准标记，可以发现一个或多个图像的最大强度的位置，所述位置给出了对准的位置。
为了提高性能，可以测量几个图像的强度，对准辐射束可以由多个色彩组成。
不排除使用其他类型的传感器，例如基于电容的或声学测量原理的传感器。
图6示出根据本发明实施例的标记M3和对准辐射束斑点24的原理性视图。对准辐射束斑点24具有两部分：在y方向延伸的用来测量x方向上标记M3的连续列的第一斑点部分24x和在x方向延伸的用来测量在y方向上标记M3的连续行的第二斑点部分24y。
使用时，在第一实施例中，标记M3被处理器6控制的执行器8移动，使得对准辐射束斑点24相对于标记M3作对角移动，如图6中箭头所示。在图6中，如图所示，对准辐射束斑点24相对于标记M3从左边最下的方形结构1911移动到右边最上的方形结构19ru。而且所示的斑点部分24x、24y包括细长的条带状截面，其中斑点部分24x具有约两倍于y方向的标记M3的长度Ly的长度，而斑点24y具有约两倍于x方向的标记M3的长度Lx的长度。而且，在所示实施例中，斑点24x、24y在它们各自的中心基本上是相互交叉。长度Lx和Ly分别与各行和列的长度对应。
当斑点24和标记M3按照箭头A表示的彼此相对地移动时，在连续的测量操作期间标记M3的所有方形结构19将被斑点24照射，即，在每一列中的所有方形结构19将由对准辐射束斑点部分24x照射一次，而在每一行中的所有方形结构19将由对准辐射束斑点部分24y照射一次。
虽然是优选的，但是对准辐射束斑点部分24x和24y的长度不需要分别是标记长度Ly和Lx的两倍大(或更大)。较短的长度就足够。唯一的条件是：在高于零衍射级的各衍射级中存在足够大的辐射强度，使得检测器4接收到足够的光强以便为处理器6产生有效信号。
显然，对于本专业的技术人员来说，通过孔20和22的衍射级取决于方形结构的大小和间距。本发明不限于衍射级16’(i)，i＝-3，-2，-1，1，2，3射向检测器4的情况。射向检测器4的多少衍射级都处于本发明的范围内。
阻挡由对准辐射束斑点部分24x和24y引起的零衍射级而仅仅让一个或多个较高衍射级传送给检测器4有几种任选的方案。
图7示出用于本发明一个实施例的薄板29。薄板29包括四个孔31、33、35、37。当这些斑点部分24x和24y分别射向方形结构19的列和行时，斑点部分24x和24y分别产生各自的衍射图案级16x’(i)和16y’(i)。应当指出，同一时间里在列和行方向上这些衍射图案级的强度不需要是同等强的。很可能是斑点部分24x到达方形结构19的一列，而同时斑点部分24y到达与方形结构19的行相邻的区域，或者反之亦然。
检测器4应当设置成接收分离的衍射级16x’(i)和16y’(i)，并将与衍射级16x’(i)有关的第一检测信号传送给处理器6，与衍射级16y’(i)有关的第二检测信号传送给处理器6。第一和第二检测信号都具有图5所示的形式。
或者，可以利用由处理器6控制的执行器26把薄板21来回地旋转90°，如图10所示。执行器26通过合适的连接装置(未示出)连接到薄板21。当对准辐射束斑点部分24x照射在一列上，同时对准辐射束斑点部分24y照射在一行上时，就可执行旋转。但是，按照另一种可供选择的方案，可以彼此相对地移动斑点24和标记M3，使得任何时候对准辐射束斑点部分24x照射在一列上，然后对准辐射束斑点部分24y照射在与一行相邻或两行之间的标记部分，反之亦然。于是，在移动期间，衍射级可以交替地来源于对准辐射束斑点部分24x和对准辐射束斑点部分24y。
通过利用执行器26连续地把薄板21旋转约90°，检测器4象图5所示的那样将检测器信号发送给处理器6，而连续的各最大值Imax将连续地与标记M3的行和列有关。薄板21可以象被处理器6控制那样旋转约90°，任何时候处理器6都能检测到最大值Imax。由处理器6产生控制信号，并发送给设置成旋转薄板21的执行器26。
在图11中所示的可供选择的配置中，薄板21没有被旋转，但是测量装置包括两个薄板21和21’，两个的形状都象薄板21，但是一个薄板21的孔20、22在y方向上相互邻接，如图4所示，而另一个薄板21’的孔20’和22’在x方向上相互邻接。然后，这些薄板21、21’由执行器26’驱动去连续地中断分别由对准辐射束斑点部分24x和24y引起的各衍射级中的零衍射级。执行器26’用合适的连接装置(未示出)连接到薄板21、21’，并由处理器6控制。
在可供选择的实施例中，不是同时地而是在时间上交替地产生对准辐射束斑点部分24x和24y。这可以通过两个被交替地驱动的激光源来实现，其中一个产生对准辐射束斑点部分24x，而另一个产生对准辐射束斑点部分24y。但是，在另一个可供选择的实施例中，这可以通过使用具有不同形状快门的单一激光源来实现，一个快门具有在一个方向上的狭缝，而另一个快门具有在另一个垂直方向上的狭缝，并且这样驱动所述快门，使得它们交替地让激光源的激光束流过。在再一个实施例中，分束器与两个束成形物体()及频率调制器组合。本发明不限于它的技术等价实施例。
对于本专业的技术人员来说，很显然，斑点24和标记M3之间的相对移动不需要跟随由箭头A表示的直线。所述相对移动可以分别在x方向和y方向都是阶梯式的，分别具有一个或多个列和行的步长。首先，在其最简单的形式中，这样的阶梯式移动的结果是：通过x方向的相对移动而利用对准辐射束斑点部分24x测量所有列，如图中所示和参考图3的说明，然后通过y方向的相对移动而利用对准辐射束斑点部分24y测量所有行，反之亦然。在后一种情况下，对准辐射束斑点部分24x可能具有与Ly相等的长度，而对准辐射束斑点部分24y可能具有与Lx相等的长度。此外，当应用这种阶梯式移动时，不能交替地从对准辐射束斑点部分24x和24y产生由标记M3辐射的整组衍射级。可能存在其他来源的级，例如，可能存在来源于对准辐射束斑点部分24x前面两组衍射级，可能存在来源于对准辐射束斑点部分24y的后面两组衍射级，等等。
在所示的实施例中，标记M3包括许多y方向和x方向一样的方形结构。但是，其数目可以改变并在x和y方向上可以不同。而且，方形结构19的大小及间距对于x和y方向都可以是不同的。如果需要，所述结构可以是其他形状。
图8a示出先有技术的原始标记M4，而图8b示出本发明的原始标记M5。标记M4和M5包括排列成行和列的多个方形结构。标记M4在y方向上的间距为Py，对于所有行所述间距都相等，但是在两相邻的列之间具有间距Px2，它与其他相邻列之间的其他间距Px1不同。如本专业的技术人员所知的，由于标记M4产生一种对准辐射，所述对准辐射产生检测器4的与图5所示的类似的信号但是在另一个相互距离而不是信号的相互距离上具有两个相邻的最大值，因此标记M4可以用于实现粗略的对准。这提供具有选择方案的处理器6，以便进行以较大间距Px2在空间相邻的两列的粗略识别。
图8b示出标记M5，它不仅在x方向上具有一个(或一个以上)不同的间距Px2，而且在y方向上具有与y方向上的其他间距Py1不同的间距Py2。因此，标记M5提供图2的具有选择方案的对准结构，以便在x方向和y方向上实现粗略的对准。
如关于标记M3所观察到的，标记M5可以具有矩形结构，所述矩形结构在x方向和y方向具有不同大小和间距。而且列数目不需要与行数目相同。如果需要，也可以使用除方形或矩形结构外的其他结构。
如本专业的技术人员将明白的，可以通过在光刻设备中的曝光过程而在所述对象(例如衬底和衬底台)上制作标记M3和M5。为此，在这样的光刻设备中使用具有合适标记图案的掩模原版。图9示出这样一个具有一个或多个标记图案MP的掩模原版MA1的示意图。一个或多个标记图案MP位于掩模原版的划线道30上，它与衬底W上的x方向和y方向的划线道对应，并用图1所示的设备、用本专业的技术人员所知的方法投射到衬底W上。如本专业的技术人员所知的，图8示出的掩模原版MA1也具有掩模原版区域32，所述掩模原版区域与成像在衬底W上的管芯区域的结构对应。
虽然图2所示结构表明执行器8移动衬底台WT，以便形成对准辐射束18横过衬底W移动，但是应该理解，可以通过合适的装置来使对准辐射束18移动，例如通过被驱动而扫描对准辐射束18的镜片来使对准辐射束18移动，这样，斑点部分24x和24y横过衬底W移动，而衬底台WT(因而衬底W)仍保留在固定位置。
虽然本说明书具体引用的是光刻设备在IC制造中的应用，但是应该理解，这里说明的光刻设备可以应用到其他方面，例如集成光学系统的制造、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。本专业的技术人员将理解，在这些可供选择的应用环境中，本文中使用的术语”晶片”或”管芯”都可以视为分别与更广义的术语”衬底”或”目标部分”同义。这里说的衬底可以在曝光前后处理，例如跟踪(track)(通常给衬底设置一层光刻胶并对曝光的光刻胶显影的工具)、计量学工具和/或检验工具。这里公开的应用可以适用这样的和其他衬底的处理工具。而且衬底可以处理多次，例如为了制造多层IC，使得这里使用的术语衬底也可以指已经包含多个处理层的衬底。
虽然上面具体引用的是本发明在光学的光刻技术环境中应用的实施例，但是应该理解，本发明可以适用其他应用，例如印刷光刻技术或浸入式光刻技术，其中允许的范围不限于光学光刻技术。在印刷光刻技术中，图案形成装置的图形确定了在衬底上生成的图案。图案形成装置的图形可以压制在设置于衬底上的一层光刻胶中，通过使用电磁辐射、加热、加压或它们的组合可以固化在光刻胶上。在光刻胶被固化后移去图案形成装置，图案就留在光刻胶上。
虽然上面具体引用的是本发明在顶面对准环境中应用的实施例，但是应该理解，本发明可以适用对准标记置于晶片底面的应用。
虽然上面具体引用的是带有具体对准标记大小的应用实施例，但是应该理解，标记大小的调整会降低对准标记对某些过程，例如CMP(化学抛光)、PVD(物理汽相沉淀)或蚀刻的灵敏度，标记大小的调整可以在不脱离本发明范围的情况下进行。
这里所用的术语”辐射”和”辐射束”涵盖各种类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长约为365、355、248、193、157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(例如波长范围约为5-20nm)以及粒子辐射束，例如离子束或电子束。
术语”透镜”，在允许的环境中可以指各种类型的光学部件中的一个或它们的组合，包括折射的、反射的、磁的、电磁的和静电的光学部件。
尽管上面说明了本发明的具体实施例，但是将会理解，除上述应用外，本发明也适用其他应用。例如，本发明可以采取包含一个或多个描述上述公开的方法的机器可读指令序列的计算机程序的形式或存储这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
以上的描述是说明性而不是限制。因此本专业的技术人员将明白，在不脱离后面的权利要求范围的情况下，可对上面说明的本发明作修改，例如各图可以示出信号从一个装置传送到另一个装置的物理连接。但是，所有的通信连接都可以是无线的。