量测传感器、光刻设备和用于制造器件的方法与流程

本申请要求于2016年12月19日递交的欧洲申请16204922.5的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

本发明涉及能够用于例如使用光刻技术制造器件的方法和设备，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明更具体地涉及量测传感器，并且更具体地涉及用于确定标记在衬底上的位置的位置传感器和方法。

背景技术：

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(ic)。在这种情况下，可替代地被称作掩模或掩模版的图案形成装置可以用以产生待形成于ic的单层上的电路图案。可以将该图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个管芯或多个管芯)上。通常经由到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上的成像来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称作“场”。

在制造复杂器件时，通常执行许多光刻图案化步骤，由此在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的一个关键方面是相对于先前层中(由同一设备或者不同光刻设备)铺设的特征来正确地且准确地放置所施加的图案的能力。出于此目的，衬底设置有一组或多组对准标记。每一个标记是位置可以在稍后时间使用通常为光学位置传感器的位置传感器予以测量的结构。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，衬底上的标记的位置可以由一个或更多个对准传感器准确地测量。已知来自不同制造商和同一制造商的不同产品的不同类型的标记和不同类型的对准传感器。广泛地用于当前光刻设备中的一种类型的传感器基于如us6961116(denboef等人)中描述的自参考干涉仪。通常，单独地测量标记以获得x和y位置。然而，可以使用公开专利申请us2009/195768a(bijnen等人)中描述的技术来执行组合式x和y测量。us2015355554a1(mathijssen)、wo2015051970a1(tinnemans等人)中描述了这种传感器的变型和应用。所有这些公开文本的内容都以引用的方式并入本文中。

在诸如对准传感器的当前量测传感器中，到达检测器的“第零阶衍射阶”的辐射(例如，从点反射镜的边缘、从表面粗糙度、从目标边缘等散射的光，该光不包含关于被测量的参数的信号信息)限制传感器的动态范围。为了进行补偿，可以增加第零阶光阑的大小，以阻档更多的第零阶散射光并且实现足够的晶片对准性能。然而，这可能会由于对准传感器模块内的体积、热、振动和/或其它约束(诸如避免阻挡所期望的第一阶衍射阶)而言是不期望的。

技术实现要素：

本发明在第一方面中旨在提供改善的参数敏感信号检测。

本发明在第二方面中旨在提供缩减的暗电流检测。

本发明在第一方面中提供一种量测传感器系统，所述量测传感器系统包括：光学收集系统，所述光学收集系统配置成收集来自衬底上的量测标记的衍射辐射或散射辐射，被收集的辐射包括至少一个参数敏感信号和至少一个噪声信号；处理系统，所述处理系统能够操作以处理所述被收集的辐射；模块壳体，所述模块壳体容纳所述处理系统；至少一个光导，所述至少一个光导用于将与所述至少一个噪声信号分离的所述至少一个参数敏感信号从所述处理系统引导到所述壳体外部的检测系统；以及至少一个检测器，所述至少一个检测器能够操作以检测分离的所述至少一个参数敏感信号。

应该注意的是，术语“分离”应该被解释为意味着“以任何方式分离”或者“在任何坐标系统中”。在该光导内部，光通常不空间上分离，而是仅就传播方向而言分离。术语“分离”涵盖这种分离。

该量测传感器系统可以包括位于该壳体外部的至少一个遮蔽件。在实施例中，该遮蔽件位于该光导与检测器之间。在实施例中，该遮蔽件位于该光导的输出面的光瞳平面中。在实施例中，该量测传感器系统包括限定所述光瞳平面的光学系统。在实施例中，该光学系统能够操作以在被收集的辐射被所述至少一个检测器检测之前缩小被收集的辐射。在实施例中，该光学系统的放大因子小于1/2x。在实施例中，该至少一个检测器的面积与该至少一个光导的横截面的比率为至少1∶2。在实施例中，该光学系统的放大因子为约1/4x。在实施例中，该至少一个检测器的面积与该至少一个光导的横截面的比率为至少1∶16。在实施例中，该量测传感器系统针对多个通道中的每一个包括检测器、光导和遮蔽件，每一个通道用于检测不同的参数敏感光学信号。在实施例中，所述不同参数敏感光学信号至少包括从所收集的辐射的对应的检测到的高阶之和获得的和信号以及从所收集的辐射的对应的检测到的高阶之差获得的差信号。

在实施例中，该遮蔽件至少选择性地能够操作以阻挡所述至少一个噪声信号。

在实施例中，该遮蔽件选择性地能够切换到所述参数敏感信号的路径中。

在实施例中，该遮蔽件的大小、形状和/或灰阶强度是可调整的。在实施例中，该遮蔽件包括大小和/或配置变化的多个元件，该多个元件中的每一个选择性地能够切换到所述参数敏感信号的路径中。在实施例中，该遮蔽件包括可配置的空间光调制器件。

在实施例中，该至少一个检测器包括用于检测所述至少一个参数敏感信号的至少第一检测元件和用于检测所述至少一个噪声信号的至少第二检测元件。在实施例中，该至少第一检测元件和该至少第二检测元件包括单独的检测器。在实施例中，该至少第一检测元件和该至少第二检测元件包括照相机装置的至少第一像素和至少第二像素。在实施例中，该量测传感器系统包括在所述光导与所述至少一个检测器之间的光学器件，所述光学器件能够操作以将所述至少一个参数敏感信号引导到所述第一检测元件，并且将所述至少一个噪声信号引导到所述第二检测元件。

在实施例中，所述至少一个参数敏感信号包括多个参数敏感信号，这些信号各自具有不同的波长，并且该至少一个检测器包括用于所述参数敏感信号中的一些或全部的独立的检测元件。

在实施例中，量测传感器系统是位置传感器。在实施例中，该参数敏感信号包括位置敏感信号。

在实施例中，该处理系统包括干涉量测装置。

在实施例中，该处理系统包括自参考干涉仪。

在实施例中，所收集的辐射包括波长比1100nm长的辐射。

在实施例中，该处理系统包括用于处理在第一波长范围内的被收集的辐射的第一处理子系统和用于处理在第二波长范围内的被收集的辐射的第二处理子系统。在实施例中，该第二波长范围包括波长比1100nm长的红外辐射。

本发明在第二方面中提供一种量测传感器系统，所述量测传感器系统包括：光学收集系统，所述光学收集系统配置成收集来自衬底上的量测标记的衍射或散射辐射；处理系统，所述处理系统能够操作以处理被收集的辐射，以从被收集的辐射导出至少一个参数敏感信号；模块壳体，所述模块壳体容纳所述处理系统；至少一个检测器，所述至少一个检测器用于检测被收集的辐射；至少一个光导，所述至少一个光导用于将所述至少一个参数敏感信号从所述处理系统引导到所述至少一个检测器；以及光学系统，所述光学系统能够操作以在被收集的辐射被所述检测器检测之前缩小被收集的辐射。

在实施例中，该光学系统的放大因子小于1/2x。在实施例中，该至少一个检测器的面积与该至少一个光导的横截面的比率为至少1∶2。在实施例中，该光学系统的放大因子为约1/4x。在实施例中，该至少一个检测器的面积与该至少一个光导的横截面的比率为至少1∶4。

在实施例中，该量测传感器系统针对多个通道中的每一个包括检测器、光导和光学系统，每一个通道用于检测不同参数敏感光学信号。在实施例中，所述不同参数敏感光学信号至少包括从所收集的辐射的对应的检测到的高阶之和获得的和信号以及从所收集的辐射的对应的检测到的高阶之差获得的差信号。

在实施例中，该量测传感器系统是位置传感器。在实施例中，该参数敏感信号包括位置敏感信号。

在实施例中，该处理系统包括干涉量测装置。

在实施例中，该处理系统包括自参考干涉仪。

在实施例中，所收集的辐射包括波长比1100nm长的辐射。

在实施例中，该处理系统包括用于处理在第一波长范围内的被收集的辐射的第一处理子系统和用于处理在第二波长范围内的被收集的辐射的第二处理子系统。在实施例中，该第二波长范围包括波长比1100nm长的红外辐射。

本发明还提供一种制造器件的方法，其中，使用光刻过程将器件图案施加到衬底，该方法包括通过参考形成于所述衬底上的一个或更多个标记的测量的位置来定位所施加的图案，所述测量的位置是使用第一方面或第二方面的量测传感器系统获得的。

本发明还提供一种制造器件的方法，其中，使用光刻过程将器件图案施加到衬底，该方法包括通过参考形成于所述衬底上的一个或更多个标记的测量的位置来定位所施加的图案，所述测量的位置是使用根据第一方面的量测传感器系统获得的，并且其中，所述定位包括执行粗定位步骤和精定位步骤，其中，针对所述粗定位步骤，所述位置被测量的标记的节距比针对所述精定位步骤时大；并且其中，在执行所述精定位步骤时，所述遮蔽件被配置为比在执行所述粗定位步骤时大。在实施例中，在执行该粗定位步骤时，将该遮蔽件切换到所述参数敏感信号的路径之外。在实施例中，将该图案施加到不透明层，所述测量的位置是使用波长比1100nm长的辐射获得的。

本发明还提供一种用于将图案施加到衬底的光刻设备，所述光刻设备包括第一方面或第二方面的量测传感器系统。在实施例中，该光刻设备包括控制器，该控制器配置成用于使得该量测传感器系统执行根据本发明的方法。

本发明还提供一种传感器系统，诸如一种量测传感器系统，包括：光学收集系统，所述光学收集系统配置成收集来自衬底上的量测标记的衍射和散射辐射，被收集的辐射包括至少一个参数敏感信号；处理系统，所述处理系统能够操作以处理被收集的辐射；模块壳体，所述模块壳体容纳所述处理系统；至少一个光导，所述至少一个光导用于将所述至少一个参数敏感信号从所述处理系统引导到所述壳体外部的检测系统；以及至少一个检测器，所述至少一个检测器能够操作以检测所述至少一个参数敏感信号，其中，所述光导具有输入部和输出部，被收集的辐射从所述输入部传播到所述输出部，并且所述至少一个参数敏感信号被包含于一个或更多个角度范围内，每一个角度范围是所述输出部处的轴向方向与所述输出处传播的辐射之间的角度的角度范围。

在实施例中，该系统包括检测器系统，该检测器系统包括至少一个检测器，该检测器系统配置成将在该一个或更多个角度范围内的辐射引导到该至少一个检测器。

在实施例中，该系统包括检测器系统，该检测器系统包括该至少一个检测器，该检测器系统配置成将辐射的在该一个或更多个角度范围之外的至少一部分引导远离该至少一个检测器。

在实施例中，该系统包括检测器系统，该检测器系统包括至少一个检测器，该检测器系统配置成阻挡该辐射的在该一个或更多个角度范围之外的至少一部分到达该至少一个检测器。

将根据对下文所描述的示例的考虑来理解本发明的以上及其它方面。

附图说明

现在将参考附图并仅以示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了光刻设备；

图2示意性地示出图1的设备中的测量和曝光过程；

图3示意性地示出使用位置传感器测量形成于衬底上的目标结构的位置，并且示出不透明重叠结构的问题；

图4示意性地示出根据本发明的实施例的适合的位置传感器；

图5示意性地示出根据本发明的第一实施例的位置传感器的光学系统；以及

图6示意性地示出根据本发明的第二实施例的位置传感器的光学系统。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，有指导性的是呈现可供实施本发明的实施例的示例环境。

图1示意性地描绘了光刻设备la。该设备包括：照射系统(照射器)il，其配置成调节辐射束b(例如uv辐射或duv辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)mt，其构造成支撑图案形成装置(例如掩模)ma，并且连接到配置成根据某些参数来准确地定位该图案形成装置的第一定位器pm；两个衬底台(例如晶片台)wta和wtb，其各自构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)w，并且各自连接到配置成根据某些参数来准确地定位该衬底的第二定位器pw；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)ps，其配置成将由图案形成装置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。参考框架rf连接各个部件，并且充当用于设定和测量图案形成装置和衬底的位置以及图案形成装置和衬底上的特征的位置的参考。

照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或者它们的任何组合。

图案形成装置支撑件mt以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及其它条件(诸如图案形成装置是否被保持于真空环境)的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件mt可以是例如框架或台，其可以视需要而是固定的或者可移动的。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望的位置。

本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广泛地解释为意指可以用于在辐射束的横截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应该注意的是，例如，如果被赋予给辐射束的图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则该图案可能不确切地对应于衬底的目标部分中的期望的图案。通常，被赋予给辐射束的图案将对应于目标部分中所产生的诸如集成电路的器件中的特定功能层。

如此处所描绘的，该设备属于透射类型(例如，使用透射型图案形成装置)。可替代地，该设备可以属于反射类型(例如，使用如上文所提及的类型的可编程反射镜阵列，或使用反射型掩模)。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”也可以被解释为意指以数字形式储存用于控制该可编程图案形成装置的图案信息的装置。

本文中使用的术语“投影系统”应该被广泛地解释为涵盖如适于所使用的曝光辐射或适于诸如使用浸没液体或使用真空的其它因素的任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统，或其任何组合。本文中对术语“投影透镜”的任何使用都可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。

光刻设备还可以属于如下类型：其中，衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加到光刻设备中的其它空间，例如，掩模与投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中被熟知用于增加投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器il接收来自辐射源so的辐射束。源和光刻设备可以是分立的实体，例如，当源是准分子激光时。在这种情况下，不将源视为形成光刻设备的一部分，并且借助包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统bd将辐射束从辐射源so传递到照射器il。在其它情况下，源可以是光刻设备的组成部分，例如，当源是汞灯时。可以将辐射源so和照射器il以及在必要时设置的束传递系统bd一起称作辐射系统。

照射器il可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器ad、整合器in和聚光器co。照射器可以用以调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束b入射到被保持于图案形成装置支撑件mt上的图案形成装置ma上，并且由该图案形成装置图案化。在已横穿图案形成装置(例如掩模)ma的情况下，辐射束b穿过投影系统ps，该投影系统ps将束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如干涉量测装置、线性编码器、二维编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台wta或wtb，例如以便将不同目标部分c定位于辐射束b的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后或者在扫描期间，可以将第一定位器pm和另一个位置传感器(图1中未明确地描绘)用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案形成装置(例如掩模)ma。

可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准图案形成装置(例如掩模)ma和衬底w。尽管如所说明的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些标记被称为划线对准标记)。类似地，在将多于一个管芯提供于图案形成装置(例如掩模)ma上的情况下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。小对准标记也可以被包括于管芯内，在器件特征之中，在这种情况下，期望标记物尽可能地小，并且无需与相邻特征不同的任何成像或过程条件。下文进一步描述检测对准标记物的对准系统。

可以在多种模式下使用所描绘的设备。在扫描模式下，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如掩模台)mt和衬底台wt，同时将被赋予到辐射束的图案投影到目标部分c上(即，单次动态曝光)。衬底台wt相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)mt的速度和方向可以由投影系统ps的放大率(缩小率)和图像反转特性确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。如在本领域中公知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻术中，使可编程图案形成装置保持静止，但是利用变化的图案，并且移动或扫描衬底台wt。

也可以使用上文所描述的使用模式的组合和/或变型或完全不同的使用模式。

光刻设备la属于所谓的双平台类型，其具有两个衬底台wta、wtb以及两个站-曝光站exp和测量站mea-在这两个站之间可以交换衬底台。在曝光站处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可以在测量站处将另一个衬底装载到另一个衬底台上并执行各种预备步骤。这样能够实现设备的生产量的实质性增加。预备步骤可以包括使用水平传感器ls来绘制衬底的表面高度轮廓，以及使用对准传感器as来测量衬底上的对准标记物的位置。如果位置传感器if不能够在衬底台处于测量站以及处于曝光站时测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以便能够在两个站处追踪衬底台相对于参考框架rf的位置。代替图中所示的双平台布置，其它配置是已知的且可用的。例如，提供衬底台和测量台的其它光刻设备是已知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，并且然后在衬底台经历曝光时不对接。

对准过程背景

图2说明用于曝光图1的双平台装置中的衬底w上的目标部分(例如管芯)的步骤。在虚线框内的左侧为在测量站mea处执行的步骤，而右侧示出在曝光站exp处执行的步骤。有时，衬底台wta、wtb中的一个将在曝光站处，而另一个在测量站处，如上文所描述的那样。出于该描述的目的，假设衬底w已经装载到曝光站中。在步骤200处，由未示出的机构将新衬底w’装载到该设备。并行地处理这两个衬底以增加光刻设备的生产量。

最初参照新装载的衬底w’，该衬底可以是先前未经处理的衬底，它是利用新光阻制备的以供在设备中进行第一次曝光。然而，通常，所描述的光刻过程将仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底w’已经穿过该设备和/或其它光刻设备多次，并且还可以有后续过程需要经历。尤其对于改善重叠性能的问题，任务是确保新图案准确地施加于已经经受图案化和处理的一个或更多个循环的衬底上的正确位置处。这些处理步骤逐渐地在衬底中引入失真，所述失真必须被测量和校正以达到令人满意的重叠性能。

先前和/或后续图案化步骤可以在其它光刻设备中执行，如刚才所提及的，并且可以甚至在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续图案化步骤。例如，器件制造程序中的在诸如分辨率和重叠的参数上要求极高的一些层相比于要求较不高的其它层可以在更高级的光刻工具中执行。因此，一些层可以于浸没型光刻工具中曝光，而其它层于“干式”工具中曝光。一些层可以于在duv波长下工作的工具中曝光，而其它层是使用euv波长辐射曝光的。

在202处，使用衬底标记p1等和图像传感器(未示出)的对准测量以量测和记录衬底相对于衬底台wta/wtb的对准。另外，将使用对准传感器as来测量横过衬底w’的多个对准标记。在一个实施例中，这些测量用于建立“晶片栅格”，晶片栅格极准确地绘制了横过衬底的标记分布，包括相对于标称矩形栅格的任何失真。

在步骤204处，还使用水平传感器ls来测量晶片高度(z)相对于x-y位置的图。通常，高度图仅用于实现被曝光图案的准确聚焦。另外，它可以用于其它目的。

当已装载衬底w’时，接收到选配方案数据206，其限定待执行的曝光，并且还限定晶片以及先前产生于晶片以及待产生于晶片上的图案的属性。向这些选配方案数据添加在202、204处进行的晶片位置、品片栅格和高度图的测量，使得可以将全组选配方案和测量数据208传递到曝光站exp。对准数据的测量例如包括以与光刻过程的产品的产品图案成固定或标称固定关系而形成的对准目标的x和y位置。恰好在曝光之前获取的这些对准数据用于产生对准模型，该对准模型具有将该模型拟合至该数据的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正当前光刻步骤中所施加的图案的位置。在使用中的模型内插被测量位置之间的位置偏差。常规对准模型可能包括四个、五个或六个参数，这些参数一起在不同维度上限定“理想”栅格的平移、旋转和按比例调整。使用更多参数的高级模型是已知的。

在210处，调换晶片w’和w，使得经测量衬底w’变成进入曝光站exp的衬底w。在图1的示例设备中，通过交换该设备内的支撑件wta和wtb来执行该调换，使得衬底w、w’保持准确地夹持和定位于那些支撑件上，以保持衬底台与衬底自身之间的相对对准。因此，一旦已调换所述台，为了在曝光步骤的控制中使用用于衬底w(以前是w’)的测量信息202、204，仅需要确定投影系统ps与衬底台wtb(以前是wta)之间的相对位置。在步骤212处，使用掩模对准标记m1、m2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动和辐射脉冲施加于横过衬底w的连续目标部位处，以便完成数个图案的曝光。

通过在执行曝光步骤时使用在测量站处获得的对准数据和高度图，使这些图案相对于期望部位并且尤其是相对于先前铺设于同一衬底上的特征准确地对准。在步骤220处从设备卸除现在被标注为w”的经曝光衬底，以根据经曝光图案而经历蚀刻或其它过程。

本领域技术人员将知道，以上描述是真实制造情况的一个示例中所涉及的多个极详细步骤的简化概述。例如，常常将存在使用相同或不同标记的粗略和精细量测的分开的阶段，而不是在单一遍次中测量对准。粗略和/或精对准测量步骤可以在高度量测之前或之后执行，或者交错进行。

目前，诸如对准传感器as的光学位置传感器使用可见光和/或近红外线(nir)辐射来读取对准标记。在一些过程中，在已形成对准标记之后处理衬底上的层导致一种情形，在该情形中，由于低信号强度或无信号强度，而无法由这种对准传感器发现所述标记。低或零信号强度可能例如由标记的顶部上的阻挡可见光/nir波长带中的辐射并因此阻挡对准传感器的操作的不透明层造成。为了处理该问题，已知的是在后续层中产生额外标记以促进标记检测。然而，这些额外标记的产生是昂贵的。一些过程依赖于在现有标记的顶部上的光学窗口的产生，使得仅移除位于标记的顶部上的材料并因此可以测量标记。然而，这些过程也需要额外的处理步骤和费用。

图3示出了一种可替代性解决方案，其基于对准传感器as-ir的使用，对准传感器as-ir使用可穿透不透明层302的、波长长得多的辐射。不透明层302形成于衬底308上的其它材料层304和对准标记306上方。该对准传感器当前在500至900nm之间的波长下操作。虽然此波长范围包括接近于可见光范围的红外波长，但是这些红外波长不能够穿透常见的不透明层。穿过这些不透明层的透射对于较长ir波长而言相对高。为了减轻这种情况，可以提供能够例如使用波长大于1000nm的辐射操作的对准传感器as-ir，波长例如在1500至2500nm之间的范围内。对准标记306可以是具有常规节距的常规对准标记，或者可以是具有例如较长光栅节距的特殊标记，这样更好地适应于利用这些较长波长的测量。

图4中示出根据本发明的示例的位置传感器或对准传感器的示例的简化示意图。照射源420提供具有更多波长中的一种波长的辐射束422，该辐射束经由点反射镜427通过物镜424被转向到位于衬底w上的诸如对准标记402的对准标记上。由对准标记402散射的辐射由物镜424拾取且准直成信息携载束426。光学分析器428处理束426并经由光导(例如光纤)429将分离的束输出到传感器阵列430上。将来自传感器栅格430中的单个传感器的强度信号432提供到处理单元pu。通过区块428中的光学处理与单元pu中的计算处理的组合，输出衬底上相对于传感器的x和y位置的值。可替代地或另外，可以测量其它参数，诸如重叠ov和/或临界尺寸cd。

图5更详细地示出根据本发明的一个示例的位置传感器或对准传感器的示例。图中示出的对准传感器能够操作以测量衬底504上的对准标记502的位置。位置传感器包括能够操作以传递、收集和处理辐射以从对准标记获得位置信号的光学系统500。

光学系统配置成沿着共同照射路径(由虚线506指示)将辐射传递到对准标记502，沿着共同收集路径(由虚线508指示)收集来自衬底衍射或散射辐射，在处理路径(由虚线510指示)中处理所收集的辐射。处理路径510中的光学系统能够操作以随着对准标记502相对于光学系统500移动而导出至少一个位置敏感信号512。被标注为512的信号在该示例中是光学信号，最终转换为电信号514并由处理器516处理以产生一个或更多个位置测量值518。

可以在介绍中提及的现有专利公开中发现这种对准传感器的构造和操作的细节，并且这里将不重复该细节。简单地说，在照射路径506中，提供多个单独波长源，诸如led或激光源530a、530b、530c。在该示例中示出三个源；然而，可以存在仅单独一个源，或者存在多个(而非三个)源。在这里示出的特定示例中，源530a、530b、530c被布置成供应不同波长的辐射，例如绿色和红色可见光、近红外(nir)波长和/或在1500至2500nm范围内的红外辐射中的一种或多种波长，可选地包括波长比2000nm长的波长。这些不同波长可以不同地偏振，以改善检测能力的多样性而无需增加源数目或使用移动部件。例如，在us2015355554a1中描述的示例中，将可见光/近红外波带(500至900nm)中的四个波长标注为r、g、n和f。r和f具有第一偏振方向，而g和n具有第二偏振方向，第二偏振方向与第一偏振方向正交。根据所需的性能和预期操作条件，可以提供额外源。所述源可以是窄带源或宽带源，并且可以是固定频率或者是可调谐的、相干的或不相干的。尽管示出了独立的源，但是也可能的是，这些波长中的一些或全部来源于单一的、宽带源并且被划分成不同波长范围。源可以包括激光器、气体放电源、等离子体源、超连续光谱源和逆康普顿散射源。单一源可以在不同波长之间切换，使得不同波长随着时间推移(而不是由滤波器)而被复用。

无论哪种源类型，两个波带的辐射都在照射子系统532中组合以形成遵循共同照射路径506的单一束534。所述源可同时或不同时操作，但是共同照射子系统允许位置传感器的壳体内和光刻工具la或其它设备内的紧凑构造。由点反射镜536将束534偏转到物镜538中，物镜538将该束聚焦成对准目标502上的光点。照射子系统532在该示例中包括二向色镜叠层540，以用于将每一种波长的辐射转向到束534中。提供透镜542、544，它们与物镜538协作以用于调节束并且聚焦光点。还在照射子系统中提供二分之一波片546或四分之一波片，以给出适合于自参考干涉仪中的处理的照射偏振特性。

由对准标记502反射和衍射的辐射由物镜538收集到收集路径508中。虽然所收集的辐射被图示为光轴上的单一束，但是该信息携载束实际上通过散射和衍射而散布。表示噪声信号的轴向分量至少部分地由点反射镜536阻挡，点反射镜536因此充当用于阻挡此噪声信号的遮蔽件或遮蔽物。剩余的更高阶衍射辐射(和一些杂散噪声信号)接着进入处理系统552。噪声信号可以包括所有散射辐射，其不包含期望的信号信息，和/或其参数敏感信息被“扰乱”且难以提取或不可能提取。该辐射基本上仅添加噪声。该噪声信号可以尤其包括第零阶反射辐射。当然，虽然高阶参数敏感信号也将包括一些噪声，但是这些信号在此内容背景中不是噪声信号，这是因为它们包含能够易于提取的参数敏感信息。

处理系统的性质将依赖于期望的性能和所提供标记的类型。处理系统可基于干涉量测或成像或技术组合。处理系统可以是彼此实质上相同的类型，或者它们可以是完全不同的类型。在本示例中，将假设处理系统基于干涉量测，并且包括参考文献中所描述的类型的自参考干涉仪。

在处理系统552内，自参考干涉仪556经由遮蔽件(遮蔽件)557接收所收集的辐射。除了由点反射镜和物镜的自然孔径提供的任何空间滤光，遮蔽件557的目的是控制反射和衍射辐射的哪一部分被允许进入处理系统。

在干涉仪556的入口处，二分之一波片558将辐射的偏振调节至45度。然后，干涉仪以参考文献中所描述的方式处理辐射的偏振，使束与其自身的旋转复本干涉，使得相反衍射阶相长地及相消地干涉。偏振分束器560分离“和”通道及“差”通道，所述通道经由光纤563或其它合适光导(其可以包括空心金属管等)将位置敏感光学信号512提供到检测系统562，光纤563或其它合适光导可以用于将光学信号路由开，以到达更方便的部位以供多路分用和/或检测。对于和通道及差通道中的每一个，检测系统562包括光检测器以用于获得期望的电位置信号514。在波带包含多个波长的情况下，将波长多路分用器包括于检测系统中，并且提供独立光检测器以获得每一种波长的电信号514。

以与针对检测系统562所描述的方式相同的方式，可以使用光纤或其它合适光导在远程定位源530a、530b、530c等，如已经在图5中所说明的那样。

由于当通过不透明层而对准时非常低的晶片品质，信号程度将比当通过透明层而对准时的典型对准传感器信号程度低多个数量级。因此，需要噪声信号的抑制的对应改善，以达到可接受的对准性能。目前，对此没有良好的解决方案。使对准传感器模块内的任何遮蔽件非常大是不希望的，因为这会缩减对准传感器的节距灵活性，并且使例如其粗晶片对准(cowa)能力复杂化。由于对应振动和热影响，将可移动/可调谐遮蔽件放置于对准传感器模块内部也是不希望的。事实上，本遮蔽件557已经缩减了节距灵活性，并且因此将需要移除该遮蔽件(仅依赖于模块内的点反射镜536)。本文中描述的提议使这成为可能。

因此，提议检测系统被布置成检测在角度上与噪声信号分离的期望的光学信号。检测系统可以被布置成仅检测期望的光学信号并且因此阻挡噪声信号，或者另外它可以检测上述两者。在噪声信号被阻挡的情况下，检测系统可以包括在光纤/光导563的输出部与检测系统562内的对应检测器之间的遮蔽件。因而，检测系统562可以包括每个检测器的遮蔽件。该遮蔽件相比于位于对准系统模块(其边界由双虚线581表示)内的遮蔽件557可以较大或者可以调谐为较大。该遮蔽件可以替换该模块内的遮蔽件557。该遮蔽件可以是选择性地可调谐的(例如在形状或尺寸上)或者能够切换至光学信号512的路径中(例如能够根据需要而移动进入和离开该路径)。该遮蔽件可以被定位(或者可定位的)于光纤563输出部的傅立叶平面或光瞳平面(未示出)中，并且因此检测系统562可以包括在限定傅立叶平面的光纤输出部之后的成像系统。虽然光纤563输出部的傅立叶平面可以是用于遮蔽件的优选位置，但是它可以被放置于除了傅立叶平面以外的部位处(除了在光纤563输出部的确切图像平面处之外)。在可选的实施例中，光学系统可以缩小光学信号，从而允许使用较小检测器(其具有较小暗电流计数)。即使在没有本文中所公开的遮蔽件的情况下，该缩小成像系统也可以包括于检测系统562内。应该注意的是，该遮蔽件和/或成像系统实际上不需要形成检测系统562的一部分，对此，如果是它位于对准系统模块外部(例如，在光纤563的输出部与检测系统562内的对应检测器之间)。

上文已就用于测量对准标记的位置的位置或对准传感器论述了所公开的概念。应该理解的是，该位置传感器可以用于测量诸如重叠或临界尺寸(cd)的其它参数，并且所述概念同样适用于这些测量。如已经陈述的，实际对准传感器/位置传感器配置可以不同于图5的示例配置。该传感器配置可以属于除了自参考干涉仪类型以外的类型。所述概念同样也适用于测量散射自目标的高阶衍射辐射、并且因此需要尽可能地阻挡噪声信号的其它类型的量测传感器。应该明白的是，增加的动态范围和/或较小的暗电流计数(较小检测器)在所有这些量测传感器中是有利的。

量测传感器配置可以包括如图所示的仅单个处理系统552，或者可以包括多于一个处理系统552。在一些情况下，对于于不同波带使用不同处理路径是有利的，且如本文中所公开的量测传感器可以如此布置。例如，可以提供用于可见光/nir波带的第一处理系统、用于红外波带的第二处理系统。

图6是示出用于单一检测器分支的已提出的布置和细节的简化示意图。所示出的物镜638经由点反射镜636将从辐射源630获得的辐射634聚焦到衬底604上的对准标记602上。来自对准标记602的散射辐射包括第一阶(或其它更高阶)衍射阶670和噪声信号672。示出了可以等效于图5的遮蔽件557的遮蔽件674。在任何情况下，遮蔽件674被示出为具有不足以阻挡所有噪声信号672的尺寸，从而允许一些杂散噪声信号672’传递到干涉仪656(其可以是自参考干涉仪，例如图5的自参考干涉仪556)中。出于已经解释的原因，使遮蔽件674足够大以阻挡杂散噪声信号672’常常是不希望的。因而，此杂散噪声信号672’中的一些信号离开干涉仪656并且(连同期望的光学信号670’)由透镜676聚焦到光纤663中，光纤663将光学信号和杂散噪声信号672’输送到检测器678(其可形成等效于图5的处理系统552的处理系统的一部分)。在该示例中可以看出，(在没有遮蔽件680的情况下)相比于期望的光学信号670’的辐射，更多杂散噪声信号672’将到达检测器678。

发明人已经明白，对于在坐标(x，y，φ，θ)处入射在多模光纤上的光射线，其中x、y表示位置，φ表示方位角，并且θ表示相对于法线的角度，在输出部处的θ等于在输入部处的θ(而x、y和φ被扰乱)，并且因此出射射线散布以填充两倍于角度θ的锥形环。这意味着进入光纤663的在角度上分离的噪声信号和高阶(例如第一阶)在自光纤663出射时将保持在角度上分离。应该注意的是，这对于除了多模光纤以外的一些其它类型的光导也成立，并且本文中描述的概念同样适用于任何这些光导。

杂散噪声信号672’通常以相比于期望的光学信号(第一阶/更高阶衍射阶)670’的入射角度θ1而言相对较小的角度θ2入射在光纤663上。由光纤636保持这种角度分离。因此，出射的杂散噪声信号672”和期望的光学信号670”也分别以角度θ2和角度θ1出射，从而保持分离。当然，应该注意的是，有可能消除以高于期望的光学信号的入射角度θ1的角度θ2入射的杂散噪声信号672’。并且，例如，在存在其它高阶衍射阶的情况下，也可能存在多个信号角度θ1。由于正使用的多波长辐射，也可能存在多个信号角度θ1。

第二(例如，圆盘状或φ不变)遮蔽件680提供于对准传感器外部的傅立叶平面(光瞳平面)中，例如在光纤663与检测器678之间。具体地说，傅立叶平面可以包括透镜(例如透镜682a)的后焦平面，该透镜的前焦平面与光纤663的出射面重合。该遮蔽件680足够大以阻挡杂散噪声信号672”。这在遮蔽件680位于对准传感器模块外部时不会出现问题，并且因此，该第二遮蔽件680的尺寸不受到该模块内的体积约束的约束。如已经陈述的，遮蔽件680不必确切地在傅立叶平面处。事实上，透镜682a(或透镜682b)不是必需的。例如，遮蔽件680可以被定位成与光纤输出面相隔某一距离(在没有中间光学件的情况下)，并且大检测器可以位于遮蔽件680后方以捕捉辐射。该平面将仍然基本上等效于傅立叶平面。

在实施例中，遮蔽件680可以是可调谐的和/或可移动的，它在对准传感器模块内部由于其中的振动、加热和空间约束而难以实施。可调谐遮蔽件680使得在测量具有大节距的标记(例如cowa)时能够使用小光阑(或者无光阑)，而在对具有较小节距的标记执行精对准(fiwa)时可以使用大光阑。存在此可移动/可调谐遮蔽件680的数个可能的实施方案。一个可能的实施方案包括具有变化尺寸的一组圆盘，其可以使用例如滤波轮来移动进、出束。另一个可能的实施方案包括空间光调制器，诸如数字微反射镜装置，其中，像素可以被“开启”(光被传输到检测器)或“关断”(光被偏转到束截止器)。另一个实施方案可以是具有可变尺寸、形状和/或灰阶强度的遮蔽件或孔径盘。

虽然以上示例公开了用于阻挡噪声信号的遮蔽件，但是概念不限于具有遮蔽件的布置。包括检测在角度上与噪声信号分离的期望的光学信号的检测布置的任何布置都被包括在本发明的范畴内。例如，作为遮蔽件的替代物，可以提供将信号分离成以下两个部分的光学部件：例如，包括在第一检测器处检测的期望的信号的第一部分，以及包括到达第二检测器的噪声信号和/或其它信息的第二部分。在其它实施例中，不需要额外的实体器件：例如，小检测器可以用于检测中心(噪声信号)部分，并且“较大”检测器可以检测包括期望的信号的周边。或者作为两个检测器的替代物，可以使用照相机，其中，中心像素检测中心(噪声信号)部分，并且外部像素检测期望的信号。在这些实施例的变型中，额外检测器或像素区域可以用于检测期望的信号的不同部分。具体地说，在同时使用多种波长辐射的情况下，每一种波长的对应高阶衍射信号将以不同的入射角度θ1入射在光纤上。由于这种角度分离被保持，所以可以单独地检测对应于不同波长的每一个高阶衍射信号。这意味着可能不需要波长多路分用器。

使用红外辐射进行对准感测的另一个问题是，相比于针对可见光检测器，针对红外线检测器时的暗电流检测非常高。由于暗电流随着检测器面积而按比例地调整，所以小检测器是优选的。然而，本检测布置使用具有特定直径的光纤536a、536b、636，并且仅使这些光纤较小并非不重要。光纤尺寸受到目标上的光点尺寸限制。目标上的光点尺寸相对大，并且应捕捉所有光。由于每一个检测器678通常被附接到光纤，所以检测器应该具有相当的直径(例如300μm的直径)。

为了解决这个问题，限定傅立叶平面的成像系统682a、682b也可以被布置成缩小光纤663输出部。在实施例中，该缩小的因子可以是4(例如1/4x倍放大率)，由于光展量(etendue)的交互，该因子接近于物理上限(由于非常高的折射率，使用硅固态浸没透镜或相似者可以将该因子改善为4以外的另一个(近似)因子)。这意味着检测器面积以及因此暗电流可以被减小4²＝16倍。当晶片品质低且暗电流具限制性(这是重要的机制)时，这将对准位置的再现性改善了4倍。

在本发明的原理范围内存在除了特定地描述和说明的实施方案以外的许多可能的实施方案。与传感器模块外部的遮蔽件相关的实施例以及与缩小成像系统相关的实施例可以各自被单独地实施。本发明的原理可以应用于其它类型的量测传感器，不仅是对准传感器，而且是具有自参考干涉仪或更上位地是干涉仪的量测传感器。波长范围可以不同于上文所给出的示例。对于未来应用，可以例如考虑将感测波长扩展为紫外波长。本发明的原理可以结合其它技术而使用，包括介绍中所提及的现有专利和专利申请中所介绍的技术。例如，wo2015051970a1公开了使已知位置传感器包括偏振分辨能力的变型。偏振分束器根据所收集的辐射的偏振将所收集的辐射划分到两个不同路径中。然后，每一个路径具有其自己的带有自参考干涉仪的处理子系统。类似地，位置传感器可以包括每个波带(例如，可见光/nir波带和红外波带)具有自参考干涉仪的不同处理子系统。这些概念可以组合以提供四个(或更多个)处理子系统，每一个波带/偏振组合具有一个处理子系统。

虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应该明白的是，可以与所描述的方式不同的其它方式来实践本发明。

虽然上文描述为标记的示例结构是出于位置测量的目的而特定地设计和形成的光栅结构，但是在其它实施例中，可以对作为形成于衬底上的器件的功能部分的结构进行位置测量。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中使用的术语“标记”和“光栅结构”无需已经特定地针对正在被执行的测量来提供结构。不透明层不是可能妨碍通过以常规波长观测标记而对标记的位置进行测量的唯一种类的重叠结构。例如，表面粗糙度或冲突的周期性结构可能干涉在一种或更多种波长下的测量。

与位置测量硬件以及实现于衬底和图案形成装置上的合适结构相关联地，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或多个序列的计算机程序，所述机器可读指令实施上文所说明的类型的测量方法以获得关于被重叠结构覆盖的标记的位置的信息。可以例如由专用于所述目的或者集成在图1的控制单元lacu中的处理器606或者其类似者来执行该计算机程序。还可以提供其中储存有该计算机程序的数据储存介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。

尽管上文可能已经特定地参考在光学光刻术的内容背景中对本发明的实施例的使用，但是应该明白的是，本发明可以用于例如压印光刻术的其它应用中，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入被供应到衬底的抗蚀剂层中；在衬底上，通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

本文中使用的术语“辐射”和“束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(uv)辐射(例如具有等于或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如具有在1至100nm范围内的波长)以及诸如离子束或电子束的粒子束。

术语“透镜”在内容背景允许时可以指各种类型的光学部件中的任一者或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。反射型部件很可能被用在uv和/或euv范围内操作的设备中。

本发明的广度和范围不应受到上文所描述的示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据随附的权利要求书及其等同内容进行限定。