图像形成设备的制作方法

图像形成设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年6月3日提交的ep申请19177944.6的优先权，其通过引用全部并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种图像形成设备。具体地，它涉及一种具有对准系统的图像形成设备以及相关方法。


背景技术：

4.图像形成设备被用于成像系统中，例如光刻设备。光刻设备是被构造为将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备能够被用于例如集成电路(ic)的制造中。例如，光刻设备可以将图案形成装置(例如掩模)的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
5.随着半导体制造过程的不断发展，电路元件的尺寸被不断减小，而在几十年来每个装置的功能元件(诸如晶体管)的数量却稳定增加，遵循一般称为
‘
摩尔定律’的趋势。为了跟上摩尔定律，半导体行业正在寻求能够创建越来越小的特征的技术。为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定了在衬底上图案化的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用波长在4nm至20nm范围内(例如6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻设备可以被用于比使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备在衬底上形成更小的特征。
6.在复杂装置的制造中，通常许多光刻图案化步骤被执行，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。光刻设备的性能的关键方面是能够关于在先前层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)形成的特征正确且准确地放置所施加的图案。出于此目的，光刻设备的图像形成设备可以使用一个或多个标识集合(也可互换地称为标记)。每个标识是一种结构，例如其相对于参考位置或另一标识的位置能够使用位置传感器测量，通常是光学位置传感器。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标识可以被称为“对准标识”。
7.除了光刻设备之外，还有本发明可以与其相关的许多其他设备，诸如例如掩模检查设备、量测设备或者测量或处理物体的任何设备。在这些和其他设备中，对准可能是设备性能的关键方面。
8.测量对准可能是耗时的过程。例如，为了准确测量，多个对准标识可以被使用，但是一些对准标识可以按顺序对准，这能够使对准持续时间更长。
9.可能期望提供一种克服或减轻与现有技术相关联的一个或多个问题的图像形成设备。还可能期望提供替代的图像形成设备。


技术实现要素：

10.根据本发明的第一方面，提供了一种图像形成设备，包括：照射系统，可操作以将
辐射束引导到第一平面上；第一支撑结构，可操作以支撑第一平面中的第一标识，以及第二支撑结构，可操作以支撑第二平面中的第二标识；投影系统，被布置在第一平面与第二平面之间，以在第三平面中形成第一标识和第二标识的组合图像；以及对准系统，可操作以从组合图像提取数据，以确定第一标识与第二标识之间的对准距离。
11.组合图像的形成可以有利地提高对准的准确性。组合图像可以包含关于第一标识和第二标识的相对位置的信息。组合图像的形成可以使得能够确定第二标识相对于第一标识的位置，而不是相对于图像形成设备的另一部分的位置。通过本发明的实施例实现的第二标识相对于第一标识的位置表示图像形成系统的直接位置准确性。
12.组合图像的形成可以有利地减少对准所需的时间。确定对准距离可以通过从组合图像提取数据来实时执行。根据本发明的图像形成设备可以在相对较短的时间内确定对准距离，例如在10到20秒之间。减少的对准测量持续时间可以有益地提高生产率。
13.第一标识和第二标识可以是对准标识。在第一平面中可以有一个第一标识，并且在第二平面中有一个第二标识。备选地，第一平面中可以有多个第一标识，并且第二平面中有多个第二标识。标识可以被配置为修改辐射束以形成图案化的辐射束。标识可以是衍射光栅的形式。具体地，第一平面中的第一标识可以修改辐射束以形成第一图案化辐射束。
14.标识可以被布置为使得在第三平面中的第一标识和第二标识的成像之间没有相对移动。因此，例如由于第一标识和第二标识的图像之间缺乏相对移动，组合图像可以被认为在尺寸和形状上是静态的。组合图像可以在平面内移动，例如它可以在设备的平面上扫描。该设备还可以包括图像扫描机构，其被配置为在第三平面上扫描组合图像。
15.要了解的是，为了形成第一标识和第二标识的组合图像，第一平面和第二平面可以是相互共轭的。也就是说，第一平面中的每个点都可以被成像到第二平面中的点(例如通过投影系统)。投影系统可以被配置为在第一平面和第二平面之间引导辐射。投影系统可以被配置为接收第一图案化辐射束，并且在第二平面中的第二标识中的一个第二标识上形成第一标识中的一个第一标识的图像。附加地，投影系统可以被配置为接收由第二标识反射的图案化辐射束的一部分，并且在第三平面中形成第一标识和第二标识的组合图像。
16.照射系统可以包括照射源和照射光学器件。照射系统和投影系统可以协作，以将辐射束引导到第一标识和第二标识以形成第一标识和第二标识的组合图像。组合图像可以被理解为包含关于第一标识和第二标识两者的信息的图像。
17.第一平面和/或第二平面可以是物体和/或图像平面。第一平面和/或第二平面可以是输入和/或输出平面。投影系统可以包括投影透镜。投影系统可以将组合图像投影到第三平面。第三平面可以是例如与对准系统相关联的输入平面。
18.对准系统可以是通过透镜类型。对准系统可以可操作，以测量第一平面中的第一标识和第二平面中的第二标识的相对位置。对准距离可以是形成在第二平面中(经由投影光学器件)的第一标识和设置在第二平面中的第二标识的图像的相对位置。对准距离可以是成像设备的对准和/或重叠准确性的度量，即，第一图案可以被投影到第二图案上的准确性。对准距离可以是第一平面中的第一标识与第二平面中的第二标识之间的对准的度量。
19.提取的数据可以取决于组合图像的不对称性。不对称性可以取决于组合图像内的一个或多个特征的偏离质心。不对称的组合图像可以表示对准误差。对准误差可以是第一标识和第二标识之间的非零对准距离。对准误差可以对应于组合图像的不对称性的量。即，
更不对称的组合图像可能比更对称的组合图像表示更大的对准误差。使用不对称性可能是有利的，因为它表示用于确定对准误差的快速且相对容易的方法。
20.对准系统可以包括：调制系统，可操作以从组合图像形成调制组合图像；以及检测器，可操作以从调制组合图像提取数据以确定第一标识和第二标识之间的对准距离。调制组合图像可以是第一标记和第二标记的组合图像的调制形式。调制组合图像可以提高数据可以从组合图像提取的速度和/或容易程度。调制系统可以包括光学块。第三平面可以是对准系统的输入平面。第三平面可以是调制系统的输入平面。包含调制组合图像的辐射束可以被称为调制辐射束。检测器可以包括传感器。检测器可以包括多像素检测器，例如ccd或cmos，或者可以包括单个检测器，例如光电二极管。
21.调制系统可以包括自参考干涉仪和图像扫描机构，该图像扫描机构被配置为在第三平面上扫描组合图像。自参考干涉仪可以可操作以：接收第三平面中的第一标识和第二标识的组合图像；傅里叶分解将第一标识和第二标识的组合图像为在光瞳平面中正负衍射级；在正负衍射级之间引入180度旋转；并且在第四平面(与第三平面共轭)中重组正负级。第一标识和第二标识的组合图像具有来自正负衍射级的贡献。当图像扫描机构在第三平面上扫描组合图像时，来自正负衍射级的贡献以相反的方向在第四平面上扫描(由于正负衍射级之间旋转180度)。扫描导致来自正负衍射级的贡献同相和异相地移动，从而产生调制组合图像。调制是通过形成正负衍射级的相干相加来实现的。
22.自参考干涉仪的使用可以提高对准速度。自参考干涉仪可以在空间上而不是例如在计算上提取对准数据。自参考干涉仪的使用可以降低提取对准数据所需的处理能力，例如计算机处理能力。
23.检测器可以可操作以从调制组合图像提取相移数据。相移数据可以与第一标识和第二标识的组合图像的正负衍射级之间的相移相关。通过确定(振荡)组合调制图像的强度，相移数据可以从调制组合图像提取。相移数据可以有益地提供与第一标识和第二标识之间的对准距离相关的对准信息。检测器可以将调制组合图像集成为电信号。电信号可以具有最大强度。电信号可以具有相移。零相移处的最大强度可以指示完美对准的标识。不等于零的相移可能指示对准不良。零相移处的较低强度可能指示对准不良。
24.调制系统可以包括：第三平面中的一个或多个检测光栅和图像扫描机构，该图像扫描机构被配置为在第三平面上扫描组合图像，使得组合图像相对于一个或多个检测光栅扫描。
25.检测光栅的使用可以有益地允许用相对容易的实施方式收集对准数据。通过在第三平面中的检测光栅上扫描组合图像，调制组合图像可以在例如设置在一个或多个检测光栅的相反侧的检测器上产生。检测器的输入平面可以被称为检测器平面。调制组合图像可以是检测器平面处的强度振荡。强度的振荡可能是由于组合图像相对于一个或多个检测光栅的扫描。图像可以相对于检测光栅被扫描。即，图像可以在检测光栅上扫描。备选地或附加地，检测光栅可以在第三平面上移动，使得它们相对于组合图像扫描。
26.可以有单个检测光栅，或者可以有多个检测光栅。调制系统可以将辐射束分离为多个部分。调制系统可以将辐射束分离为第一部分和第二部分。第一部分可以被引导到第一检测光栅。第二部分可以被引导到第二检测光栅。第一检测光栅和第二检测光栅可以被设置为分别与第一检测器和第二检测器相邻。辐射束的第一部分可以在进入第一检测器之
前由第一检测光栅调制。辐射束的第二部分可以在进入第二检测器之前由第二检测光栅调制。
27.第一检测光栅和第二检测光栅可以在同一平面中彼此垂直地定向。第一检测光栅和第二检测光栅可以具有相等的检测光栅周期(或节距)。第一检测光栅和第二检测光栅的检测光栅周期可以与第一标识和第二标识的衍射光栅周期匹配。至少一个检测光栅可以平行于所述标识中的一个标识的衍射光栅的一部分。至少一个检测光栅可以垂直于所述标识中的一个标识的衍射光栅的一部分。
28.调制系统还可以可操作以从组合图像滤出一个或多个傅里叶分量以形成滤波组合图像，并且从滤波组合图像形成调制组合图像。对准距离可以针对每个傅里叶分量单独确定。从组合图像移除一个或多个傅里叶分量可以提高信噪比。移除一个或多个傅里叶分量可以提高对准系统的准确性。移除一个或多个傅里叶分量可以通过空间滤波来执行。即，组合图像的傅里叶分解可以在调制系统的傅里叶平面中形成。傅里叶平面可以被称为光瞳平面。
29.傅里叶分解可以例如使用衍射光栅来执行。光瞳平面处的组合图像的傅里叶分解可以是衍射图案。一个或多个衍射级可以通过减少或抑制它们通过光瞳平面的透射来移除。这可以被称为空间滤波。
30.零级可以被移除。零级对应于没有衍射，即，反射或透射。第二级可以被移除。更高级可以被移除。衍射级的任何组合可以被移除，例如移除除第一级之外的所有级可能是有益的。
31.备选地或附加地，在由检测器收集的调制组合图像已经被转换为电信号之后，一个或多个傅里叶分量的移除可以被电子地执行。
32.第一标识和第二标识可以包括衍射光栅。衍射光栅可以是反射的或透射的。衍射光栅可以是各种类型，例如全息型、刻线型或阶梯型。标识可以包括在同一平面中的两个衍射光栅。标识可以包括在同一平面中彼此以非零角度定向的两个不同衍射光栅，例如这两个衍射光栅可以在同一平面内彼此垂直。
33.第一标识和第二标识可以具有匹配的衍射光栅周期。光栅周期或衍射光栅可以备选地被称为该衍射光栅的节距。具有匹配的衍射光栅周期的第一标识和第二标识旨在表示第二平面中的第一标识的图像的光栅周期等于第二标识的光栅周期。
34.第一标识可以具有第一周期。第二标识可以具有第二周期。匹配的第一光栅和第二光栅对可以以相等节距的形式实现，即，第一周期可以等于第二周期。备选地，匹配的第一光栅和第二光栅对可以通过具有不同的节距来实现，其中节距的差异与第一平面和第二平面之间的放大或缩小因子相关，例如由于投影系统。第一周期可以按放大因子缩放，使得它大于或小于第二周期，其中放大因子等于由投影系统施加的放大率。
35.照射系统可以可操作以同时照射第一平面中的第一标识阵列，并且投影系统被配置为将第一标识阵列的图像形成到对应的第二标识阵列上，并且在第三平面中形成每对对应的第一标识和第二标识的多个组合图像。
36.同时照射多个标识可能会导致对准过程所需的对准时间减少。同时照射多个标识可能会导致生产率提高。例如，在光刻过程中，减少的对准时间可能会导致每小时更多的光刻过程。同时照射多个标识可以被称为并行对准。标识阵列可以包括例如3个标识或50个标
识。
37.同时照射多个标识可能会导致准确性提高。例如，更多标识能够被用于对准，这可以提高准确性。阵列可以包括多个标识。理想情况下，这是完美的对准，第一标识阵列的图像将与第二标识的对应阵列完美重叠。
38.图像形成设备还可以包括光学元件，该光学元件被配置为允许辐射束从照射光学器件行进到第一平面并且进入投影系统；并且将组合图像引导到对准系统。光学元件可以是单向镜。单向镜也可以被称为双向镜或部分反射/透射镜。光学元件可以是分色镜。光学元件和投影系统可以协作以将组合图像引导到第三平面，其中第三平面可以与第一平面和第二平面共轭，并且可以是与对准系统相关联的输入平面。
39.该设备可以在成像模式和对准模式下可操作，并且其中当在成像模式或对准模式下操作时，辐射束可以被引导通过投影系统的基本相同的部分。成像模式和对准模式可以被认为是第一模式和第二模式。第一模式可以包括将第一平面中的物体(例如掩模版)的图像投影到第二平面(例如以在衬底上形成所述图像)。对准模式可以包括确定第一标识和第二标识之间的对准距离。
40.操作两种模式使得辐射束被引导通过投影系统的基本相同的部分允许在类似条件下执行对准和成像。例如，辐射束可以在两种模式下行进通过透镜的相同部分。这可以证明对准和/或成像的准确性。这可以提高成像质量。
41.辐射束可以在两种模式下具有相同的源，或者针对每种模式可以具有不同的源。辐射束可以在成像模式下具有第一波长，并且在对准模式下具有第二波长。第一波长和第二波长可以相同或可以不同。
42.当处于成像模式时，图像形成设备可以具有第一光轴，并且在处于对准模式时具有第二光轴。光轴可以被认为是在图像形成设备在使用中时辐射束沿着行进的轴(例如辐射束的主光线沿着的轴)。第一光轴和第二光轴可以被认为基本相同。标识可以位于第一光轴和第二光轴处或附近。辐射束可以沿着或靠近光轴引导。应该理解的是，由于物理限制，辐射束可能不会与光轴完美地重叠，但可以被认为沿着相同轴有效行进。
43.图像形成设备还可以包括支撑扫描机构，其被配置为在第一平面内沿着第一方向移动第一支撑结构，并且沿着第二方向在第二平面内移动第二支撑结构，其中第二方向平行于第一方向但与其相反。支撑扫描机构可以有益地允许第一标识与第二标识而不是与图像形成设备的一部分对准。
44.支撑扫描机构可以提供第一标识和第二标识的同步扫描。即，支撑扫描机构可以以使得在第一标识的图像和第二标识的图像之间不发生相对移动的速率扫描第一标识和第二标识。即，两个标识的图像在辐射束内相对于彼此是静态的。同步扫描可能会产生形状不变的组合图像。同步扫描可能会产生在第三平面上扫描的组合图像。
45.支撑扫描机构可以形成图像扫描机构的一部分。支撑扫描机构可以形成调制系统的一部分。当与诸如光刻设备等设备一起使用时，支撑扫描机构可以包括与正常光刻曝光相关联的扫描移动。
46.根据本发明的第二方面，提供了一种包括本发明的第一方面的设备的量测设备。图像形成设备还可以被用于其他成像，其中在第一平面和第二平面之间提供对准可能是有益的。
47.根据本发明的第三方面，提供了一种光刻设备，其被布置为将来自图案形成装置的图案投影到衬底上，该光刻设备包括本发明的第一方面的设备，其中第一支撑结构可操作以在第一平面中支撑图案形成装置，并且第二支撑结构可操作以在第二平面中支撑衬底。
48.照射源可以是光刻光源，例如用于正常光刻曝光的照射源。例如，照射源可以包括euv或duv辐射源。备选地，照射源可以不同于用于正常光刻曝光的照射源。例如，照射源可以是不同的波长。不同波长的照射源可能是有益的，因为它可以具有通过/来自标识的更高透射和/或反射。不同的波长可以有益地被用于对准照射源和光刻照射源，以允许在光刻过程期间监测重叠和漂移。即，重叠和漂移能够在曝光序列期间和/或曝光序列之间监测，而无需对光刻设置进行耗时的更改。
49.照射光学器件可以是光刻照射光学器件，即，在正常光刻曝光中使用的照射光学器件。备选地，它们可以是分离的，例如它们可以针对不同的波长进行优化。
50.当与光刻设备一起使用时，图像形成设备可以提高重叠准确性，和/或可以允许形成更小的特征。图案形成装置可以是具有图案的掩模版。衬底可以是具有抗蚀剂的晶片。第一标识可以被支撑在第一平面中与正常光刻曝光过程期间的图案位置相当的位置中。在正常光刻曝光过程期间，第二标识可以被支撑在第二平面中与晶片的一部分相当的位置中。即，第一标识和第二标识可以在有益于确保光刻过程的准确对准的位置中对准。
51.根据本发明的第四方面，提供了一种用于测量成像设备的第一平面中的第一标识与第二平面中的第二标识之间的对准距离的方法，该方法包括：将辐射束引导到成像设备的第一平面上，形成第一标识和第二标识的组合图像，将组合图像引导到对准系统，并且从组合图像提取数据以确定对准距离。
52.组合图像的形成可以有利地提高对准的准确性。组合图像可以包含关于第一标识和第二标识的相对位置的信息。组合图像的形成可以使得能够确定第二标识相对于第一标识的位置，而不是相对于图像形成设备的另一部分的位置。通过本发明的实施例实现的组合图像中第二标识相对于第一标识的位置表示图像形成系统的直接位置准确性。
53.组合图像的形成可以有利地减少对准所需的时间。确定对准距离可以通过从组合图像提取数据来实时执行。根据本发明的第四方面的方法可以在相对较短的时间内确定对准距离，例如在10到20秒之间。减少的对准测量持续时间可以有益地提高生产率。
54.第一标识和第二标识可以是对准标识。在第一平面中可以有一个第一标识，并且在第二平面中有一个第二标识。备选地，第一平面中可以有多个第一标识，并且第二平面中有多个第二标识。标识可以被配置为修改辐射束以形成图案化的辐射束。标识可以是衍射光栅的形式。具体地，第一平面中的第一标识可以修改辐射束以形成第一图案化辐射束。
55.组合图像可以在行进到对准系统之前第二次行进通过第一标识和/或第二标识。第二次行进通过第一标识和/或第二标识对组合图像的影响可以忽略不计。
56.要了解的是，为了形成第一标识和第二标识的组合图像，第一平面和第二平面可以是相互共轭的。也就是说，第一平面中的每个点都可以被成像到第二平面中的点(例如通过投影系统)。投影系统可以被配置为在第一平面和第二平面之间引导辐射。投影系统可以被配置为接收第一图案化辐射束，并且在第二平面中的第二标识中的一个第二标识上形成第一标识中的一个第一标识的图像。附加地，投影系统可以被配置为接收由第二标识反射
的图案化辐射束的一部分，并且在第三平面中形成第一标识和第二标识的组合图像。
57.照射系统可以包括照射源和照射光学器件。照射系统和投影系统可以协作，以将辐射束引导到第一标识和第二标识以形成第一标识和第二标识的组合图像。组合图像可以被理解为包含关于第一标识和第二标识两者的信息的图像。
58.第一平面和/或第二平面可以是物体和/或图像平面。第一平面和/或第二平面可以是输入和/或输出平面。投影系统可以包括投影透镜。投影系统可以将组合图像投影到第三平面。第三平面可以是例如与对准系统相关联的输入平面。
59.根据本发明的第四方面的方法可以使用根据本发明的第一方面的图像形成设备。
60.对准系统可以是通过透镜类型。对准系统可以可操作，以测量第一平面中的第一标识和第二平面中的第二标识的相对位置。对准距离可以是形成在第二平面中(经由投影光学器件)的第一标识和设置在第二平面中的第二标识的图像的相对位置。对准距离可以是成像设备的对准和/或重叠准确性的度量。对准距离可以是第一平面中的第一标识与第二平面中的第二标识之间的对准的度量。
61.提取的数据可以取决于组合图像的不对称性。不对称性可以取决于组合图像的一个或多个特征的偏离质心。不对称的组合图像可以表示对准误差。对准误差可以是第一标识和第二标识之间的非零对准距离。对准误差可以对应于组合图像的不对称性的量。即，更不对称的组合图像可能比更对称的组合图像表示更大的对准误差。使用不对称性可能是有利的，因为它表示用于确定对准误差的快速且相对容易的方法。
62.该方法还可以包括将组合图像变换为电信号。电信号可以具有最大强度。电信号可以具有相移。零相移处的最大强度可以指示完美对准的标识。不等于零的相移可能指示对准不良。零相移处的较低强度可能指示对准不良。
63.该方法还可以包括相对于彼此扫描第一标识和第二标识，使得组合图像相对于第三平面扫描。扫描可以有益地允许第一标识与第二标识而不是与图像形成设备的一部分对准。
64.扫描可以包括第一标识和第二标识的同步扫描。即，第一标识和第二标识可以以使得在第一标识的图像和第二标识的图像之间不发生相对移动的速率来扫描。即，两个标识的图像在辐射束内相对于彼此是静态的。这可以被称为同步扫描。同步扫描可能会产生通常不会改变形状的组合图像。同步扫描可能会产生在第三平面上扫描的组合图像。
65.当与诸如光刻设备等设备一起使用时，扫描可以包括与正常光刻曝光相关联的扫描移动。
66.该方法还可以包括使用自参考干涉仪或者一个或多个检测光栅来调制组合图像。
67.自参考干涉仪的使用可以提高对准速度。自参考干涉仪可以在空间上而不是例如在计算上提取对准数据。自参考干涉仪的使用可以降低提取对准数据所需的处理能力，例如计算机处理能力。
68.检测光栅的使用可以有益地允许用相对容易的实施方式收集对准数据。通过在第三平面中的检测光栅上扫描组合图像，调制组合图像可以在例如设置在检测光栅的相反侧的检测器上产生。检测器的输入平面可以被称为检测器平面。调制组合图像可以是检测器平面处的强度振荡。强度的振荡可能是由于组合图像相对于一个或多个检测光栅的扫描。图像可以相对于检测光栅扫描。即，图像可以在检测光栅上扫描。备选地或附加地，检测光
栅可以在第三平面上移动，使得它们相对于组合图像扫描。
69.可以有单个检测光栅，或者可以有多个检测光栅。调制系统可以将辐射束分离为多个部分。调制系统可以将辐射束分离为第一部分和第二部分。第一部分可以被引导到第一检测光栅。第二部分可以被引导到第二检测光栅。第一检测光栅和第二检测光栅可以被设置为分别与第一检测器和第二检测器相邻。辐射束的第一部分可以在进入第一检测器之前由第一检测光栅调制。辐射束的第二部分可以在进入第二检测器之前由第二检测光栅调制。
70.根据本发明的第五方面，提供了一种使用根据本发明的第一方面、第二方面或第三方面中的任何一个的设备或者使用根据本发明的第四方面的方法制造的装置。
附图说明
71.本发明的实施例现在将参照所附示意图仅通过示例描述，其中：
[0072]-图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备的示意性概述；
[0073]-图2描绘了根据本发明的实施例的光刻设备的图像形成设备部分的示意性概述；
[0074]-图3和4描绘了由图像形成设备中的标识形成的示例图像；
[0075]-图5描绘了根据本发明的实施例的对准系统的示意性概述；
[0076]-图6图示了用于从组合图像提取信息的示例调制信号；
[0077]-图7描绘了根据本发明的实施例的另一对准系统的示意性概述；以及
[0078]-图8a和8b描绘了根据本发明的实施例的示例对准标识和检测光栅。
具体实施方式
[0079]
在本文档中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如波长为365、248、193、157或126nm)和euv(极紫外辐射，例如波长在约5至100nm的范围内)。
[0080]
本文中采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指代通用图案形成装置，其能够被用于向入射的辐射束赋予图案化的横截面，对应于将在衬底的目标部分中创建的图案。在该上下文中，术语“光阀”也能够被使用。除了经典的掩模(透射或反射的、二进制的、相移的、混合的等)以外，其他这种图案形成装置的示例还包括可编程反射镜阵列和可编程lcd阵列。
[0081]
术语“匹配”可以相对于衍射光栅使用。匹配可以被解释为：两者可能相等；或者可以被缩放，使得它们在设备的相关部分处相等。例如，第一平面和第二平面中的第一光栅和第二光栅可以是分别匹配的，其中第二光栅相对于第一光栅缩放，并且缩放与第一平面和第二平面之间的放大或缩小因子相关，例如由于设备中的光学元件所施加的放大率。
[0082]
术语“共轭”可以在本文中相对于光学平面使用。要了解的是，在光学系统(例如光刻设备)内，如果第一平面p内的每个点都被成像到第二平面p'中的点上，则两个平面是共轭的。两个或多个平面可以是共轭的。即，如果第一平面与第二平面共轭，并且第三平面与第二平面共轭，那么第三平面可以与第一平面共轭。共轭平面可以被称为共轭光学平面或相互共轭平面。
[0083]
为了阐明本发明，笛卡尔坐标系被使用。笛卡尔坐标系具有三个轴，即，x轴、y轴和
z轴。三个轴中的每个轴都与其他两个轴正交。围绕x轴的旋转被称为rx旋转。围绕y轴的旋转被称为ry旋转。围绕z轴的旋转被称为rz旋转。x轴和y轴限定了水平平面(称为xy平面)，而z轴在竖直方向上。笛卡尔坐标系未限制本发明，并且仅被用于阐明。相反，诸如圆柱形坐标系等另一坐标系可以被用于阐明本发明。笛卡尔坐标系的定向可以不同，例如使得z轴具有沿着水平平面的分量。
[0084]
图1示意性地描绘了光刻设备la。光刻设备可以被认为包括图像形成设备。即，它使用辐射以在表面上形成物体的图像。图像形成设备也可以被称为成像系统或成像设备。
[0085]
光刻设备la包括：照射系统(也称为照射器)il，被配置为调节辐射束b(例如uv辐射、duv辐射或euv辐射)；掩模支撑件(例如掩模台)mt，被构造为支撑图案形成装置(例如掩模)ma并且连接至被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置ma的第一定位器pm；衬底支撑件(例如晶片台)wt，被构造为保持衬底(例如抗蚀剂涂覆的晶片)w并且连接至被配置为根据某些参数准确地定位衬底支撑件的第二定位器pw；以及投影系统(例如折射投影透镜系统)ps，被配置为将由图案形成装置ma赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如包括一个或多个管芯)上。图案形成装置ma可以包括图案，例如要被印刷在光刻曝光和/或对准标识中的图案。
[0086]
在操作中，照射系统il从辐射源so(例如经由束传送系统bd)接收辐射束。照射系统il可以包括各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电和/或其他类型的光学组件或其任何组合，以用于引导、整形和/或控制辐射。照射器il可以被用于调节辐射束b，以使其在图案形成装置ma的平面处的横截面中具有期望的空间和角强度分布。
[0087]
本文使用的术语“投影系统”ps应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、变形、磁性、电磁和/或静电光学系统或其任何组合，以适合于所使用的曝光辐射和/或其他因素(诸如使用浸没液或使用真空)。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”ps同义。
[0088]
虽然在本文中可以具体引用反射镜和/或透镜，但是任何合适的光学元件可以被使用。例如，元件可以是折射的、反射的、反射折射的、变形的、磁性的、电磁的和/或静电的或其任何组合。根据需要，元件可以是光栅、束立方体或任何其他元件。在一些情况下，反射镜可以是分束镜，例如分色镜、半镀银镜或本领域已知的任何其他分束元件。
[0089]
光刻设备la可以是其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高的折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以填充投影系统ps和衬底w之间的空间，这也被称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在us6952253中给出，其通过引用并入本文。
[0090]
光刻设备la也可以是具有两个或多个衬底支撑件wt的类型(也称为“双工作台”)。在这种“多工作台”机器中，衬底支撑件wt可以被并行使用，和/或准备随后曝光衬底w的步骤可以对位于衬底支撑件wt中的一个衬底支撑件wt上的衬底w执行，而其他衬底支撑件wt上的另一衬底w被用于在其他衬底w上曝光图案。
[0091]
在光刻操作中，辐射束b入射到被保持在掩模支撑件mt上的图案形成装置(例如掩模ma)上，并且通过在图案形成装置ma上存在的图案来图案化。经过掩模ma后，辐射束b穿过投影系统ps，其将束聚焦到衬底w的目标部分c上。该过程也可以被称为光刻曝光或成像操作。
[0092]
借助于第二定位器pw和位置测量系统pms，衬底支撑件wt能够被准确地移动，例如
以便在聚焦和对准位置处将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中。类似地，第一定位器pm和可能的另一位置传感器(未在图1中明确描绘)可以被用于相对于辐射束b的路径准确地定位图案形成装置ma。
[0093]
辐射束b通常沿着光刻设备la的光轴10被引导。在正常的光刻操作中，掩模支撑件mt和衬底支撑件wt可以被移动，使得掩模ma和衬底w通过光轴10并因此穿过辐射束b。这种移动可以被称为扫描。掩模支撑件和衬底支撑件可以被称为支撑构件。扫描可以使掩模ma和衬底w的不同部分能够在不移动辐射束b本身的情况下扫描通过辐射束b。掩模支撑件mt以及掩模ma可以在第一方向上(例如沿着y轴)扫描。衬底台wt以及衬底w然后可以沿着y轴在相反方向上扫描。衬底支撑件wt和掩模支撑件mt的移动速度可以匹配。例如，当放大因子未由投影系统ps施加时，掩模支撑件mt和衬底支撑件wt的速度可以相等。备选地，由于由投影系统ps施加的任何放大率，支撑件的速度可以被缩放，使得它们在给定放大率变化的情况下以相当速度在整个辐射束b中移动。通常，衬底支撑件wt和掩模支撑件mt的速度被匹配成，使得在衬底w的平面中形成的掩模ma的航空图像以与衬底w相同的速度和方向移动(因此基本没有(航空)图像和衬底w之间的相对移动)。该移动确保在正确对准的情况下，掩模ma和衬底w的对应部分同时通过光轴10。这种类型的扫描可以被称为同步扫描。
[0094]
同步扫描确保来自掩模ma的图案的每个部分将被成像到衬底w的相同部分上，即使掩模ma移动通过辐射束。换言之，同步扫描使掩模ma的平面内的移动物体能够与衬底w的平面内的移动物体对准。针对成像操作，确保掩模ma的平面内的物体与衬底w的平面内的物体很好地对准可能是有益的。
[0095]
完美对准可以由同时穿过光轴10(或一些其他参考位置或轴)的两个物体(即，掩模ma的平面中的物体和衬底w的平面中的物体)表示。不完美的对准可以由物体之间的偏离表示。不完美的对准可以由在两个共轭平面(具体地掩模ma和衬底w的平面)中的两个物体表示，每个物体在不同时间穿过光轴10(或一些其他参考位置或轴)。不完美的对准可以由对准距离表示。对准距离可以是两个物体之间的偏离的度量，其可以相对于参考位置来测量。对准距离可以与穿过光轴(或一些其他参考位置或轴)的第一物体与穿过光轴(或一些其他参考位置或轴)的第二物体之间的时间差相关。在成像操作中，对准距离可以表示多个投影图像之间的未对准。
[0096]
不完美的对准可以通过更改成像设备的元件来解决或减少。例如，掩模或衬底支撑件mt、wt中的一个或两者可以被移动。备选地或附加地，投影系统中的元件可以被移动，使得光轴10被更改。监测对准使得这种更改可以被应用可能是有益的。对准的监测和校正可以被简称为对准。
[0097]
图案形成装置ma和衬底w可以使用掩模对准标识m1、m2和衬底对准标识w1、w2来对准。对准标识也可以被称为标识、标记或对准标记。尽管图1中示意性地图示的衬底对准标识w1、w2占用了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标识w1、w2位于目标部分c之间时，这些被称为划线对准标识。
[0098]
所描绘的光刻设备la的成像设备被提供有对准系统as。提供对准系统as，以提高掩模ma的部分和衬底w的部分能够在光刻操作中对准的准确性。
[0099]
光刻设备或其他类似的成像设备可以在成像模式下操作，由此图像从第一平面(即，掩模ma的平面)投影到第二平面(即，衬底w的平面)。光刻设备或其他类似的成像设备
也可以在对准模式下操作，由此第一平面和第二平面上的对准标识可以被用于确保第一平面上的物体能够与第二平面上的期望地点正确对准。成像模式和对准模式可以被认为是第一模式和第二模式。第一模式和第二模式都使用辐射束。辐射束可以在第一模式下具有第一波长，并且在第二模式下具有第二波长，其中第一波长和第二波长可以相同或可以不同。在这些第一模式和第二模式中，辐射束b可以从相同的源产生，或者针对每种模式可以具有不同的源。
[0100]
在图1所描绘的实施例中，光学元件tm被提供。光学元件tm被布置为允许辐射束b的一部分从照射系统il传递到掩模ma，例如在对准测量期间，以及朝着照射系统il反射从掩模ma行进的辐射的至少一部分，并因此将辐射引导到对准设备as，例如在对准操作期间。光学元件tm可以是可移动的，使得它可以在对准模式期间被定位在辐射束b中，并且在成像模式期间从辐射束b被移除。
[0101]
光学元件tm可以是各种类型的光学元件中的一个光学元件，例如诸如分色镜的分束元件、半镀银镜、双向镜(也称为单向镜、半透明镜或部分透射/反射镜)、束立方体或者本领域已知的任何其他光学元件或其任何组合，视所用辐射而定。光学元件tm可以位于与图1所描绘不同的地点，例如在掩模ma和投影系统ps之间，或在照射系统il内。
[0102]
现在将参照图2描述具有对准系统as的成像设备。为了清晰起见，成像设备将被描述以用于光刻设备中。然而，应该理解的是，这不是限制性的，并且成像设备可以被用于多种不同的图像形成应用，例如掩模检查设备、量测设备或者测量或处理物体的任何设备。
[0103]
图2是描绘了根据本发明的实施例的成像设备的示意性框图。照射系统(未示出)提供辐射束b，其也可以被称为束b或辐射束b。照射系统可以包括用于形成辐射束b的照射源以及用于引导(并且可选地调节)辐射束b的照射光学器件。成像设备包括第一平面20、第二平面22、被设置在第一平面20和第二平面22之间的投影系统ps、以及对准系统as。所描绘的成像设备还包括两个支撑结构，其被配置为支撑第一平面20和第二平面22中的物品。这些可以是例如支撑第一平面20中的掩模ma的掩模支撑件mt和支撑第二平面22中的衬底w的衬底支撑件wt。
[0104]
辐射束b被引导到第一平面20，并且投影系统ps在第一平面20和第二平面22之间引导辐射。投影系统ps可以被配置为使得第一平面20和第二平面22是共轭平面。即，第一平面20和第二平面22都是成像设备的场平面。第一平面20中的物体可以被成像到第二平面22上。第二平面22中的物体可以被成像到第一平面20上。应该注意的是，在图2中，两个平面20、22平行于xy平面。然而，应该理解的是，这是说明性的，并且平面可以不同地定向。
[0105]
第一平面20和第二平面22可以分别被认为是物体平面和图像平面。然而，由于投影系统ps的双向性质，它们可以可互换地引用。第一平面20和第二平面22也可以分别被称为输入平面和输出平面，和/或分别被称为物体平面和图像平面。
[0106]
成像设备可以被提供有对准标识。一个或多个第一标识m1可以被支撑在第一平面20中，例如标识m1可以与掩模ma或掩模支撑件mt相关联，并且可选地可以是基准标识。一个或多个第二标识w1可以被支撑在第二平面22中，例如标识w1可以与衬底w或基板支撑件wt相关联。在该实例中，第一标识m1是透射的，并且第二标识w2是反射的，但是应该理解的是，利用不同的设备几何形状，不同的标识特性可能更适当。在使用中，在对准测量期间，标识m1、w1可以被布置为使得在由辐射束b照射时，第一标识m1的图像被形成在第二标识w1上，
并且第一标识m1和第二标识w1的组合图像被形成在第一标识m1上。
[0107]
术语“组合图像”应该被理解为第一标识m1的图像与第二标识w1的图像重叠以形成单个图像。因此，组合图像可以包含关于第一标识m1和第二标识w1的信息，并且第一标识和第二标识之间的对准距离可以基于组合图像的特性从组合图像确定。
[0108]
组合图像应该被理解为在尺寸和形状上基本是静态的，即，在第一标识m1的图像和第二标识w1的图像之间基本没有相对移动。在实践中，尺寸和形状可能会有小变化(例如由于不完美的同步扫描导致第一标识m1和第二标识w1的图像之间的相对移动)，但与标识m1、w1的尺寸相比，这些小移动可以被认为可以忽略。因此，组合图像可以被理解为在尺寸和形状上通常是静态的。如果标识m1、w1包括一个或多个图案，则组合图像可以被理解为具有通常也是静态的对应图案。虽然在尺寸和/或形状和/或图案上通常是静态的，但组合图像可以在平面上移动，例如如下面更详细地描述的，它可以在平面上扫描。
[0109]
通常，可以有至少一个第一标识m1和至少一个第二标识w1。可以有任何数量的第一标识m1和任何数量的第二标识w1。为了简单起见，根据本发明的实施例的对准过程将参照单个第一标识m1和单个第二标识w1来描述。
[0110]
在操作中，辐射束b穿过第一标识m1。辐射束b可以由第一标识m1图案化，并且形成图案化辐射束pb。可以说图案化辐射束pb包含关于第一标识m1的信息。投影系统ps引导图案化辐射束pb，使得第一标识的图像被形成在第二平面22中。图案化辐射束pb从第二标识w1反射。图案化辐射束pb由第二标识w1进一步图案化，并且也可以被称为图案化辐射束。在这个阶段，图案化辐射束pb可以包含关于第一标识m1和第二标识w1的信息。
[0111]
包含关于第一标识m1和第二标识w1的信息的图案化辐射束然后被引导到第三平面，在第三平面它形成第一标识和第二标识的组合图像。组合图像可以由投影系统ps和/或设备的其他元件引导到第三平面。因此，第三平面可以与第一平面和第二平面共轭。在所描绘的实施例中，第三平面与第一平面20相同。附加光学器件可以重新聚焦图案化辐射束pb，使得备选地或附加地，组合图像被形成在另一平面(其与第一平面20分离)处，例如对准系统as的输入平面。该单独平面可以被称为第四平面，其可以与第三平面相同或不同。
[0112]
第一标识m1和第二标识w1的组合图像可以被称为组合图像。应该理解的是，在该实施例中，第一标识在第二标识之前成像以形成组合图像，但在其他实施例中，第二标识可以在第一标识之前成像以形成等效组合图像。可以说组合图像包含关于第一标识和第二标识的信息。组合图像可以说是由与第一标识m1和第二标识w1交互的辐射形成的。
[0113]
组合图像可以被引导到对准系统as，例如经由投影系统ps和光学元件tm。使用对准系统as，数据可以从组合图像提取，以确定第一标识m1和第二标识w1之间的对准距离。
[0114]
第一支撑构件mt和第二支撑构件wt被配置为使得它们能够在其相应平面20、22内移动，例如利用上述同步扫描。该扫描可以由支撑扫描机构(未示出)执行。支撑扫描机构可以以使得在第一标识的图像和第二标识的图像之间不发生相对移动的速率扫描第一标识和第二标识。即，两个标识的图像在辐射束内相对于彼此是静态的。尽管第一标识m1和第二标识w1的图像相对于彼此是静态的，但是由于同步扫描，组合图像可以相对于第三平面移动。由于第一标识和第二标识相对于彼此是静态的，因此在跨第三平面扫描时，组合图像不会改变尺寸或形状。
[0115]
根据本发明的实施例的示例图像在图3中表示。与图3相关联的标识m1、w1包括衍
射光栅。即，标识m1、w1包括高和低透射/反射的周期性结构。在该实施例中，标识m1包括透射光栅，并且第二标识w1包括反射光栅。标识具有光栅周期(也称为光栅节距)，被定义为连续周期性结构之间的距离。标识具有光栅占空比，被定义为周期性结构的宽度。标识m1、w1可以在一个或多个场平面中形成图像，其中所得图像是一系列周期性的高强度和低强度栅条。图像可以具有可以与光栅周期匹配的对应周期。图像可以具有可以与光栅占空比匹配的对应占空比。标识m1、w1可以将辐射束b衍射为衍射图案，使得衍射图案可以被形成在设备中的一个或多个光瞳平面中。
[0116]
第一图像30表示第一标识m1的透射率轮廓。即，它表示图案化辐射束pb在与第一标识m1交互之后的强度。轴表示x方向上的辐射束的强度i，但是应该理解的是，其他方向可以被用于测量这些图像的强度变化，例如y方向上的强度。
[0117]
第一图像30具有第一周期p1，被定义为第一栅条的中心和第二栅条的中心之间的距离(或等效地，两个连续栅条上的对应点之间的距离)。第一图像30具有第一占空比dc1，被定义为栅条的宽度。第一图像30还可以具有定义为最小强度的第一偏离o1和定义为最大强度的第一最大值mx1。
[0118]
透射的第一图像32表示图案化辐射束pb在与第一标识m1交互然后行进通过投影系统ps之后的强度。轴表示x方向上的辐射束的强度i，但是应该理解的是，其他方向可以被用于测量这些图像的强度变化，例如y方向上的强度。应该注意的是，透射的第一图像32包括振荡强度的部分。这是由于投影系统ps的有限数值孔径。投影系统ps仅收集来自图案化辐射束pb的有限数量的衍射级(即，投影系统ps收集小于100％的图案化辐射束pb)。
[0119]
第二图像33表示第二标识的反射率轮廓。即，它表示图案化辐射束pb在与第二标识w1交互之后的强度(即，如果辐射束b在由第一标识m1图案化之前被传送给第二标识w1，如一些替代布置中可以完成的)。轴表示x方向上的辐射束的强度i，但是应该理解的是，其他方向可以被用于测量这些图像的强度变化，例如y方向上的强度。
[0120]
第二图像33具有第二节距p2、第二占空比dc2、第二偏离o2和第二最大值mx1。在该实施例中，第一图像和第二图像具有匹配的节距(即，p1＝p2，考虑到由投影系统ps施加的任何缩小或放大因子)，但占空比(dc1≠dc2)、偏离(o1≠o2)和最大值(mx1≠mx2)不同。
[0121]
第三图像34是组合图像的表示。即，它是图案化辐射束b在与第一标识m1和第二标识w1交互之后的强度的表示。轴表示x方向上的辐射束的强度i，但是应该理解的是，其他方向可以被用于测量这些图像的强度变化，例如y方向上的强度。第三图像34也可以被称为组合图像，尽管在该实例中，应该注意的是，在图3中第三图像34是一维(沿着x轴)的组合图像的表示。应该理解的是，针对第一图像30、透射的第一图像32、第二图像33和组合图像34所示的x轴可以不同(例如具有不同的比例)，例如由于投影系统所施加的放大率。针对第一图像30、透射的第一图像32、第二图像33和组合图像34的强度i轴也可以不同(例如具有不同的比例)，例如由于投影系统ps所施加的放大率。
[0122]
应该注意的是，由于上述投影系统ps的有限数值孔径，第三图像34包括振荡强度的部分。第三图像34的形状包含关于第一图像30和第二图像33的信息，并因此包含关于第一对准标识m1和第二对准标识w1的信息，例如它们的相对位置，如现在讨论的。
[0123]
在该特定实施例中，第三图像34内的高强度的各个栅条具有阶梯状/肩状结构。这是由于第一标识m1和第二标识w1的形状的差异(具体地占空比的差异)以及因此第一图像
30和第二图像33的形状的差异(具体地占空比dc1、dc2的差异)。为了更好地图示阶梯状结构，图3指示栅条的头部36和肩部38。肩部38的宽度可以取决于第一标识m1、w1之间的占空比的差异。
[0124]
应该理解的是，不同类型的标识可以被使用。例如，在一些实施例中，标识可以不包括周期性结构，并因此不具有节距。在一些实施例中，具有被匹配在第一标识m1和第二标识w1之间的节距例如使得随后的第一图像30和第二图像33的栅条重叠，可以是有益的。标识可以具有相等的占空比和/或相等的偏离和/或相等的最大值。针对一些实施例，提供不同形状的标识可以是有利的，例如单个线或点，而不是衍射光栅。
[0125]
标识m1、w1以及组合图像34以预期对准位置31为中心。在图3中，预期对准位置31沿着x轴表示，但应该理解的是，预期对准位置可以在任何坐标系中定义，例如它可以附加地或备选地在y方向上定义。预期对准位置31表示参考位置，其中期望或预期第一标识m1和第二标识w1被对准(例如通过以所述位置为中心)。如果第一标识m1或第二标识w1中的任一个未正确对准，则它们对应的图像可能会以与预期对准位置31不同的位置为中心。由于任何这种未对准，组合图像34可能由于第一标识m1和第二标识w1的位置差异而不对称。
[0126]
作为进一步的说明，如果第一图像30和第二图像33都在x方向上以不同但相等的位置为中心，那么组合图像34也将在x方向上以不同但相等的位置为中心，但不会是不对称的。这指示对准标识相对于彼此对准，但未被成像到预期地点。
[0127]
图4示出了在标识m1、w1被对准(即，对准的组合图像40)时和在标识m1、w1未对准42(即，未对准的组合图像42)时的示例组合图像的一部分。对准的组合图像40是对称的；未对准的组合图像是不对称的。为了量化不对称性，组合图像能够通过第一头部距离c和第二头部距离d以及第一肩部距离e和第二肩部距离f来定义，所有这些都是从组合图像的中心测量的。在该实例中，该中心可以被定义为第一肩部38a的远侧边缘和第二肩部38b的远侧边缘之间的中间。第一头部距离c和第二头部距离d分别在头部36的中心与第一远端36a和第二远端36b之间测量。第一肩部距离e和第二肩部距离f分别在第一肩部38a和第二肩部38b的中心和远侧边缘之间测量。
[0128]
能够看出，当标识m1、w1被对准，并因此组合图像是对称的组合图像40时，第一头部距离和第二头部距离相等(c＝d)，并且第一肩部距离和第二肩部距离相等(e＝f)。然而，当标识m1、w1未对准时，组合图像是不对称组合图像42，并且第一肩部距离和第二肩部距离相等(e＝f)，但第一头部距离和第二头部距离不相等(c≠d)。较大的对准距离可能会导致第一头部距离c和第二头部距离d之间更大的不相等。因此，通过提取关于组合图像42的不对称性的数据，第一标识和第二标识之间的对准距离可以被确定。
[0129]
如上所述，不同类型的对准标识可以被使用。应该理解的是，不同类型的对准标识可以生成不同形状的组合图像。在这种实例中，对准距离仍然可以通过评估组合图像的不对称性来确定。
[0130]
组合图像的形成是有利的，因为它允许第一标识相对于第二标识对准。替代的图像形成设备(例如光刻设备)使用对准系统，对准系统将对准标识与设备的一部分对准。与设备的一部分对准能够降低准确性，例如如果设备的一部分的地点被错误校准。例如，第一已知的图像形成设备使用第一标识(例如在晶片上)的图像，并且相对于第二(静态)标识(例如在掩模版上)对其进行扫描，其中第二标识形成检测光栅。已知设备因此确定第一标
识相对于光刻设备的静止部分的对准。在第二已知的图像形成设备中，对准标识在第一平面上使用，并且对准标识在第二平面上使用，并且第一对准标识和第二对准标识的单独图像被形成并且被引导到两个单独的检测器。其中，图像识别可以被用于确定两个单独图像相对于图像形成设备的一部分的相对位置，并且由此确定第一对准标识和第二对准标识的相对位置。
[0131]
在第一已知的图像形成设备中，第一标识和第二标识(其充当检测光栅)的图像之间存在相对移动，因此组合图像无法被形成。在第二已知的图像形成设备中，第一标识和第二标识的单独图像使用成像系统的不同部分(甚或单独的成像系统)形成，因此组合图像未被形成。然而，根据本发明的图像形成设备可以形成组合图像，因为第一标识m1的图像和第二标识w1的图像之间没有相对移动。因此，由于组合图像的形成，第一对准标识和第二对准标识的相对位置可以被确定，而不管图像形成设备的位置。
[0132]
在对准过程中在场中心例如沿着设备的光轴提供对准标识可以是有益的。该设备的成像操作通常包括将图案放置在第一平面中的光轴中，并且沿着光轴将图案的图像投影到光轴处的第二平面上。因此，可以说成像操作具有第一光轴。在执行成像操作时的图像形成设备可以被称为在成像模式下操作。
[0133]
对准程序可以具有第二光轴。在执行对准操作时的图像形成设备可以被称为在对准模式下操作。如果通过设备的不同部分进行对准和成像，那么对准可能不那么准确。例如，在成像操作期间发生的诸如加热等任何影响将类似地存在于对准操作中。
[0134]
使对准模式和成像模式通过成像设备的相同或类似区域发生可以是有益的。即，当处于成像模式和对准模式时，图像形成设备引导辐射束b通过投影系统ps的基本相同的部分可以是有益的。这可以允许成像和对准在类似条件下执行，例如辐射束可以在两种模式下行进通过透镜的相同部分。这可以提高对准和/或成像的准确性。
[0135]
上述的第一已知设备和第二已知设备使用很大程度上离轴的对准标识。即，它们不沿着设备的第一光轴定位(被用于成像模式)。另一方面，根据本发明的图像形成设备可以在第一光轴处或附近提供对准标识。即，第一光轴可以与第二光轴相同。换言之，图像形成设备可以在对准和成像模式下引导辐射通过成像设备的相同或类似区域。因此，根据本发明的图像形成设备可以提供更准确的对准。附加地，由于对准标识靠近光轴，对准过程可以在成像操作期间或之间执行，这可能会导致生产率提高。
[0136]
图5至7描绘了可以被用于从组合图像提取数据以确定对准距离的示例对准系统as和方法。通常，在这些示例中，对准系统as包括可以被用于调制组合图像以形成调制组合图像的调制系统以及可以被用于从调制组合图像提取数据的检测器。
[0137]
图5描绘了包括自参考干涉仪(sri)52的对准系统as。使用自参考干涉仪来提取输入标识的位置信息是在us6961116和us9606442中描述的，它们都通过引用并入本文。sri 52在对准系统as的输入平面50处接收组合图像。在该实施例中，组合图像形成sri的输入标识。包含组合图像的图案化辐射束被分离为衍射级(例如在sri的光瞳平面中)。sri 52在正衍射级和负衍射级之间施加180度的相对旋转，并且两者被重组以相干相加。相对旋转能够是导致正负级之间相差180度的任何角度的旋转，例如将正级旋转90度并且将负级旋转-90度。
[0138]
组合图像相对于输入平面50扫描，例如作为第一标识m1和第二标识w1的同步扫描
的结果，如上所述。组合图像可以在扫描方向s上扫描。扫描方向可以是例如x方向。由于所施加的旋转，正负衍射级在检测器54的平面中以相反方向(例如在平行于扫描方向s的相反方向)扫描。调制组合图像被生成为相对于彼此扫描的正负级(彼此同相和异相地移动)。该调制组合图像可以是强度调制，例如当正负级彼此同相和异相地移动时。
[0139]
诸如透镜56等附加光学元件可以被提供，以整形和/或引导辐射束。通常，对准系统as被配置为使得在不存在负责实现正负衍射级之间180度相对旋转的光学器件的情况下，输入平面50与调制组合图像被形成的平面(即，检测器54的平面)共轭。
[0140]
跨输入平面50扫描组合图像可以由图像扫描机构执行，例如与对准系统as相关联的扫描元件。备选地或另外，扫描可以通过上述支撑构件的同步扫描来实现。应该理解的是，输入平面50可以是对准系统内的任何相关平面。输入平面可以是第三平面，或者可以是与第三平面共轭的平面，即，可以是第四平面。
[0141]
分离成衍射级可以被认为是一种傅里叶分解。存在正负衍射级(例如 1、 2、 3...和-1、-2、-3...)，它们也可以被称为傅里叶分量。术语傅里叶谐波可以在本文中使用，其可以被理解为表示相同编号衍射级的正负部分(例如 1和-1)。组合图像在sri内被分解为傅里叶分量。分解可以使用任何合适的光学器件来执行，并且可以在作为输入平面50的傅里叶变换平面的平面中实现(该傅里叶变换平面可以被称为光瞳平面)。
[0142]
调制组合图像可以被传送给检测器54。检测器54可以包括感测元件阵列(它们可以分别限定检测器54的像素)，例如ccd或cmos检测器，如图5中示意性地图示的。备选地，检测器可以包括单个检测器，例如光电二极管。如果单个检测器被使用，那么附加扫描机构可以被用于将调制组合图像的不同部分按顺序引导到单个检测器上。
[0143]
调制组合图像可以被转换为电信号。该信号可以被称为调制信号，例如当调制组合图像沿着轴(例如x轴)扫描时电信号强度的调制。调制信号能够被分析，以提取数据并且确定对准距离。
[0144]
一些示例信号在图6中示出，其示出了沿着扫描方向s的调制信号(即，当组合图像沿着扫描方向s在输入平面50上扫描时)。一个傅里叶谐波(例如 1和-1衍射级)的信号贡献的示例被示出。来自负衍射级60a、62a、正衍射级60b、62b以及由sri调制后的正负级60c、62c的总和的信号贡献的示例(例如在检测器54的平面中形成的信号)被示出。竖直虚线被提供作为眼睛的指导，以突出信号之间的相位差。
[0145]
当标识m1、w1被对准时，对准信号60a、60b、60c可以被形成。当标识m1、w1未对准时，未对准信号62a、62b、62c可以被形成。能够看出，在对准情况下，正负级60a、60b的信号是对准的，即，它们之间没有相位差。当相加时，正负级可以形成以预期对准位置31为中心的调制信号60c。调制信号60c可以具有最大幅度66，其被测量为电信号达到的最大幅度。这可以被称为预期最大幅度66，因为它是对准标识m1、w1的情况下的最大幅度。
[0146]
然而，针对未对准的标识m1、w1，正负级62a、62b的信号具有不同的相位。即，用于正负级62a、62b的信号以不是对准位置31的位置为中心。这可以被称为相移。附加地，如上面提及的，如果图像形成设备未被正确对准，则第一标识m1和第二标识w1之间可以存在一些相对移动，这可能会导致信号的傅里叶分量的相移的微小变化。
[0147]
当信号相加时，调制信号62c可以具有低于预期最大幅度66的最大幅度64。减小的幅度是由于对准标识的未对准，因此减少了透射光的量。因此，任何小于预期最大幅度66的
都可以被认为是与完美对准的偏差。如果幅度小于预期最大幅度66，则第一标识m1和/或第二标识w1可以被移动(例如通过移动第一支撑构件mt和/或第二支撑构件mw)，以便将最大幅度64增大到预期最大幅度66。在对准程序期间，第一标识m1和/或第二标识w1可以被迭代地移动，直到最大幅度64已经被最大化为止。
[0148]
图6所示的信号是单个傅里叶谐波的示例信号，具体地第一衍射级(即， 1和-1衍射束)。关于对准距离的数据可以有益地从调制组合图像的单个傅里叶谐波提取。因此，可以期望将组合图像/调制组合图像/调制信号分离为单独的傅里叶分量。这可以被电子地执行，例如通过使用计算处理分析调制信号。
[0149]
替代地或另外，一个或多个傅里叶分量的分离可以使用图像形成设备中的光学滤波来执行，例如在组合图像或调制组合图像上。例如，分量(例如包括屏幕中的一个或多个狭缝)可以在对准系统as的光瞳平面中提供，以从组合图像移除一个或多个衍射级。这可以被称为空间滤波，并且减少或抑制一个或多个衍射级通过光瞳平面的透射。
[0150]
使用空间滤波移除衍射级可以有益地提高信噪比，并因此提高对准操作的准确性。与电子滤波相比，空间滤波的使用也可以减少计算负载，因为调制组合信号能够被直接分析，而无需应用任何进一步的滤波。
[0151]
零级衍射束(即，对应于反射或透射的束)可以被移除。这可能有益于提高准确性。这对于减少系统内的杂散光也可能是有益的，杂散光可能会降低准确性和/或可能会损坏设备的元件。更高衍射级可以被移除。移除除第一衍射级之外的所有衍射级可能特别有利。有利地，自参考干涉仪可以被用于调制多个傅里叶级或单个傅里叶级。
[0152]
不同级的分析对于不同的对准应用可以是有益的。例如，1阶( 1和-1)可以有益于衬底上的表面特征的对准，而4阶( 4和-4)可以为涂覆有顶层的衬底上的特征提供更准确的对准。
[0153]
类似地，不同的光栅节距大小对于不同的对准应用可以是有益的。有利地，任何节距尺寸的衍射光栅可以与包括自参考干涉仪的对准系统组合使用。任何节距尺寸的使用都可以允许在设计成像设备时具有更大的自由度。使用任何节距尺寸都可能会导致准确性提高。
[0154]
在一些实施例中，第一对准标识和第二对准标识可以被选择，以包括具有匹配的周期的衍射光栅。即，组合图像具有与第一对准标识和第二对准标识匹配的周期。衍射光栅可以是各种类型，例如全息型、刻线型或阶梯型以及反射的或透射的。
[0155]
用于从组合图像提取数据的替代实施例在图7中示出。如在该实施例中看到的，对准系统as包括两个检测器54a、54b、两个检测光栅70a、70b、光学元件74和反射镜72。光学元件74被布置成将图案化辐射束pb分离为两个部分。图案化辐射束pb的第一部分被引导到设置在第一检测器54a前面的第一检测光栅70a，并且图案化辐射束pb的第二部分被引导到被设置在第二检测器54b前面的第二检测光栅70b。检测光栅70a、70b可以被认为位于对准系统as的检测平面76中，其中图7所图示的检测平面76与组合图像被形成的第三平面共轭。诸如透镜56等附加光学元件可以被提供，以整形和/或引导图案化辐射束pb的一个或多个部分。在一些实施例中，检测平面76可以与第三平面重合。单个检测平面76在图7中图示，但应该理解的是，检测光栅70a、70b可以被设置在不同的平面中，即，可以有多个检测平面。
[0156]
调制通过相对于对准系统as的检测平面76扫描组合图像来提供。扫描可以由图像
扫描机构提供，该图像扫描机构可以或可以不与对准系统as相关联。扫描机构可以通过上述支撑构件的同步扫描来实现。在检测平面76上扫描组合图像使得组合图像能够在检测光栅70a、70b上扫描，并因此由检测光栅70a、70b调制。
[0157]
当组合图像相对于检测光栅70a、70b扫描时，调制可以是强度调制。即，相对于检测光栅70a、70b扫描组合图像提供通过检测光栅70a、70b的透射强度的振荡。与图案化辐射束的第一部分和第二部分相关联的两个调制组合图像被形成。检测器54a、54b然后可以检测调制组合图像。检测器可以将调制组合图像转换为调制信号。附加地，在该实施例中，例如使用上述方法中的一种方法，一个或多个傅里叶分量可以从调制组合图像和/或(多个)调制信号被移除。对准距离可以基于一个或多个调制组合图像的不对称性来确定。
[0158]
对准标识m1、w1可以被选择，以包括周期与检测光栅70a、70b的周期匹配的衍射光栅。检测光栅70a、70b可以包括在同一平面中彼此以非零角度定向的光栅。检测光栅70a、70b可以包括相对于扫描方向(例如y方向)以非零角度定向的光栅。具有相对于扫描方向以非零角度定向的检测光栅70a、70b可以允许对准距离沿着多个轴确定，例如在仅在y方向上扫描之后，对准距离可以在x方向和y方向上计算。使用该检测光栅的x和y测量方法在us2009/195768a中描述，其通过引用并入本文。
[0159]
在具体示例中，如图8a中示意性地图示的，可以存在形成标识阵列的多个第一对准标识m1、m2、m3。每个对准标识可以包括彼此以90度定向的第一光栅和第二光栅。第一光栅和第二光栅相对于扫描方向s分别以 45度和-45度定向，该扫描方向s可以例如在y方向上。第二对准标识(未示出)还可以包括对应的标识阵列，具有大致相同的光栅定向(但是如先前讨论的，光栅节距可以取决于由投影系统ps施加的放大率被缩放)。
[0160]
标识阵列对于已知的图像形成设备(诸如光刻设备)可以是有益的。在光刻操作中，辐射可以被引导到衬底w的一部分上。辐射行进通过的区域(对应于由辐射照射的衬底w的区域)可以被称为狭缝。标识阵列可以被布置为使得它们被设置在狭缝上的多个地点中。在狭缝上的多个地点中布置标识阵列可以有益地使得对准能够在狭缝上的多个地点上测量和/或监测，这因此可以提高大部分狭缝上的成像准确性。
[0161]
三个标识的阵列在该示例中被使用。然而，标识阵列可以是任何数量的标识，例如八个标识或五十个标识。第一平面和第二平面上的对准标识可以被布置为使得第一标识阵列的图像将完美地重叠第二标识的对应阵列。使用多个标识可以提高准确性，因为更多的对准点被用于对准。同时照射多个对准标识可能会导致对准时间减少，并因此提高对准过程的生产率。即，测量对准所需的时间量可以被减少。减少的对准时间可能会导致成像过程的整体生产率提高。
[0162]
如图8b中示意性地图示的，第一检测光栅80a和第二检测光栅80b可以包括彼此以90度定向的检测光栅。第一检测光栅80a可以包括线相对于扫描方向s以 45度定向的光栅，并且第二检测光栅80b可以包括线相对于扫描方向s以-45度定向的光栅。扫描方向s例如可以在y方向上。这种布置可以允许x方向上的对准距离和y方向上的对准距离通过相对于这些检测光栅80a、80b扫描第一标识阵列和第二标识阵列的组合图像来确定。
[0163]
当第一标识m1、m2、m3和第二标识w1、w2、w3被同步扫描时，调制组合图像可以由对准系统as形成，其包含关于在x方向和y方向上的对准的信息。检测器54a、54b可以将调制组合图像转换为调制信号。调制信号然后可以被建模以提取对准位置。类似于上述示例，第一
标识m1、m2、m3与第二标识w1、w2、w3之间的未对准可能会导致调制信号中的一个或多个的相移，并且对准距离随后可以被确定。
[0164]
根据本发明的图像形成设备可以提供确定对准距离的更快方法。替代对准系统可能需要10至20分钟来执行衬底的对准操作。根据本发明，使用组合图像来确定对准距离可以使对准操作能够被更快地执行，例如每个衬底在大约10至20秒内。由于对准速度的增加，根据本发明的对准操作可以在成像操作期间或在后续成像操作之间执行。
[0165]
在另一已知的对准方法中，完整的抗蚀剂曝光和显影周期可以被执行。即，覆盖在光刻胶中的光刻晶片可以被曝光于具有图案的辐射。抗蚀剂然后可以从该显影循环中显影和移除。关于对准的信息然后可以被提取。然而，这个完整的过程可能是非常耗时的活动。上面详述的发明允许实时对准信息而无需该显影循环。
[0166]
根据本发明的实施例，使用组合图像来确定对准距离表示图像形成设备的直接位置准确性，并且可以使得对准操作能够被更准确地执行。例如，在包括上述图像形成设备的光刻设备中，与其他当前已知的对准传感器相比，掩模的曝光图案可以以更大的位置准确性相对于衬底上的对应图案对准。
[0167]
上述图像形成设备对于许多应用也可以是通用的，因为对准标识的设计以及因此组合图像的特性可以针对多种布置进行优化。此外，虽然组合图像可能有益于计算第一标识和第二标识之间的相对对准，但是该设备可以是通用的，并且可以被用于确定一个标识相对于该设备的一部分的对准。例如，对准操作可以仅利用第一平面上的标识或仅利用第二平面上的标识来执行，以确定所述标识与设备的对准。
[0168]
尽管在本文的部分中可以在光刻设备的上下文中具体引用本发明的实施例，但是本发明的实施例可以被用于其他设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备或者测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)等物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
[0169]
尽管本发明的具体实施例已经在上面描述，但是要了解的是，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。以上描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，修改可以对所描述的本发明进行。