的条。可 W使用公开的专利申请US2009/195768A度Unen等人）中描述的技术进行组合的X和Y 测量，该专利申请的内容通过引用全文并入本文中。
[0066] 图3是已知的对准传感器AS的示意性方框图。照射源220提供一个或多个波长 的福射束222,该福射束被光斑反射镜223转向、通过物镜224到达位于衬底W上的标记，例 如标记202。如图2示意性地显示的，在基于上面提到的US6961116的对准传感器的实例 中，照射标记202的照射光斑206可W在直径上略微小于标记自身的宽度。
[0067] 被标记202散射的福射被物镜224获取并且被准直成信息承载束226。自参考干 设仪228为上面提到的US' 116中公开的类型，并且处理束226,并且将单独的束（对应每 个波长）输出到传感器阵列230上。光斑反射镜223合宜地在该点作为零级阻止器，使得 信息承载束226只包括来自标记202的更高级的衍射福射（运对于测量是必不可少的，但 是改善了信噪比）。来自传感器栅格230中的单独的传感器的光强信号232被提供给处理 单元PU。通过方框228中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，在衬底上的相对于参 考坐标系RF的对应X位置和Y位置的值被输出。处理单元PU可W独立于图1中示出的控 制单元LACU，或者作为一种设计选择和便利性考虑它们可W共享相同的处理硬件。在单元 PU为单独的情况下时，部分信号处理可W在单元PU中和单元LACU中的另一部分中执行。
[0068] 如上所述，所图示类型的单一的测量仅仅在对应于标记的一个节距的某一范围内 固定标记的位置。粗测量技术与此结合使用，W识别正弦波的哪一阶段包含所标记的位置。 为了提高精度，并且为了标记的鲁棒检测，且与制造标记的材料和标记设置在其上和/或 在其下的材料无关，可W在不同的波长下重复粗等级和/或细等级的相同的处理。波长可 W光学地多路复用和多路分解，W便被同时处理，和/或它们可W通过时间分割或频率分 割而多路复用。本公开的实例将采用在多种波长下的测量，W提供对标记非对称性的敏感 度降低的实用并稳定的测量设备（对准传感器）。
[0069] 更详细地参考测量过程，在图3中标记为Vw的箭头图示了扫描速度，光斑206W 该速度横穿标记202的长度L。在该实例中，对准传感器AS和光斑206实际上保持静止， 而衬底WW速度Vw移动。因而，对准传感器可W刚性地和精确地安装到参考坐标系RF(图 1)中，同时有效地沿与衬底W的移动方向相反的方向扫描标记202。衬底通过其安装在衬 底台WT和衬底定位系统PW上而在该移动中被控制。所示出的所有移动与X轴线平行。相 似的动作应用于Y方向中用光斑208扫描标记204。不对此进一步进行描述。
[0070] 如在公开的专利申请US2012-0212749Al中讨论的，光刻设备的所需要的高产量 需求要求在衬底上的多个位置处的对准标记的测量尽可能快地执行，运隐含了扫描速度Vw 很快，并且用于每个掩模位置的获取的时间Taw相应地很短。在简化的情况下，公式TAW= L/vW适用。在先的申请US2012-0212749Al描述了赋予光斑的相反的扫描运动的技术，W 便加长获取时间。如果需要，相同的扫描光斑技术可W应用于本文新公开的类型的传感器 和方法中。
[0071] 人们关屯、具有更小的光栅节距的标记上的对准。在真实产品上所测量的重叠通常 明显大于在受控的测试条件下的重叠。调查表明运是由于在处理过程中产品晶片上的对准 标记变成不同程度的非对称。使对准标记的节距减小会降低在所测量的对准位置上某类非 对称性的影响。
[0072] 技术人员知晓，允许对准光栅的节距的减小的一些选项是：（1)缩短所使用的福 射的波长；（2)增大对准传感器光学器件的NAW及（3)使用离轴照射。由于对准光栅常常 位于吸收膜（例如非晶碳硬掩模）下面，因此更短的波长并不总是可行的。增大NA通常是 可行的，但是运不是优选的，因为需要紧凑的物镜且与晶片具有一安全距离。因此，使用离 轴照射更有吸引力。
[0073] 使用多波长和偏振的位置测量
[0074] 图4图示了在上面提到的在先公开US6, 961，116和US2009/195768中描述的改 进版本的新颖的对准传感器的光学系统。运引入了离轴照射模式的选择，除了别的之外，该 离轴照射模式允许为了实现更大精度的对准标记的减小的节距。光学系统还可W允许用对 准传感器进行散射仪型测量，而不使用单独的散射仪仪器。在图4中，为了简化，提供离轴 和在轴模式的照射的细节被省略。对于本公开，更关注示出多波长和偏振的细节。
[0075] 通过穿过光学系统400的虚线示出了具有几个分支的光轴0。为了方便与图3的 示意图进行比较，光学系统400的某些部件使用与图3中使用的附图标记相似的附图标记 标示，但是使用前缀"4"代替"2"。运样，可W看到光源420、照射束422、物镜424、信息承 载束426、自参考干设仪428和检测器装置430。来自检测器装置的信号被处理单元PU处 理，处理单元被改进W便执行下文描述的新的特点，并且为每个标记输出（改善的）位置测 量POSo
[0076] 在该更详细的示意图中图示的附加的部件如下给出。在照射子系统440中，来自 源420的福射被通过光纤442传递到照射成形光学器件446。其通过分束器454将输入束 422传递到具有光瞳面P的物镜424。物镜424在晶片W上的对准标记202/204/210上形 成光斑406。被标记衍射的信息承载束426穿过分束器454到达干设仪428。干设仪428 用正交偏振将福射场分为两部分，将运两部分绕光轴相对彼此旋转180°，然后将它们组合 成输出束482。该束进入下面将详细描述的检测器装置430中。
[0077] 包含在本实例中的是非对称的测量装置460。装置460接收信息承载束426的通 过定位在干设仪之前的第二分束器462的一部分464。在本申请的优先权日还未公开的另 一专利申请US61/722, 671描述了使用通过检测器430获得的位置信息进行非对称性测量 的新颖的技术。原则上，可W除去专用的非对称性测量装置460。
[0078] 照射成形光学器件446可W采用各种形式，其中一些在我们的在先美国专利申请 序列号61/623, 391 (在本申请的优先权日还未公开，申请人号P-3996)中详细公开。在那 里所公开的实例中，对准传感器（更通常地，位置测量设备）被示出，其允许使用减小的光 栅节距，不需要在检测器侧的空间分辨率。通过使用新颖的照射模式，运些设备能够使用宽 范围的不同的节距测量标记的位置，例如从小于Iym到20微米的节距，而不改变当前的检 测器的设计。与在先申请61/623, 391中描述的实例共有的具体特点是在有限的入射角范 围（在光瞳面中的有限的半径范围）下选择使用离轴照射。通过离轴照射，意味着福射的 源区域被限制在光瞳的外周部，也就是说，距离光轴一定距离处。将照射限制在光瞳的最外 周能够减小对准标记的最小的可能的节距，从约A/NA降低到约A/2NA，其中A为使用的 福射的波长，并且NA为仪器（例如，对准传感器，或者更通常地，位置测量设备）的物镜的 数值孔径。在先申请61/623, 391中描述的实例还使用在设备的分束器中的光斑反射镜的 特殊分布，该分束器可W即提供期望的照射又作为零级衍射福射的场阔。可W设计允许在 任何X、Y和XY标记上对齐而不改变照射模式的"通用"的照射分布，虽然运不可避免地带 来性能上和/或设备复杂性上的某些让步。替代地，可W设计和制造专用的模式，其可选择 用于与不同标记类型一起使用。还可W选择不同的照射偏振。
[0079]该设备整体上不需要被限制为提供运些特殊的离轴照射分布。它可W具有其它使 用模式，包括已知的或还待开发的，它们支持使用不同的分布。例如，设备可W为图2(a)和 2(b)所示的不同标记类型提供在轴照射模式和离轴照射模式的选择。虽然离轴照射对于 使用精细的光栅更合适，但是在轴照射分布有助于与现有的标记和测量方法的兼容。首先 参考在轴模式的实例，如图3的已知的传感器中使用的，通过具有在另外的暗场光瞳内的 中屯、明亮光斑的在轴照射分布提供垂直于衬底的照射。该分布是在该新颖的设备的照射束 422中的可选设定。在该实例中，人们期望沿着光轴返回的零级束在进入干设仪428之前被 阻挡，而且期望它被转移到非对称性测量装置460 (当被提供时）。在干设仪428前阻挡零 级不是必须的，但是改善了位置信号的信噪比。因此，在该实施例中，光斑反射镜可W包含 在第二分束器462中。第一分离器454没有锻银，并且只有约50%的中屯、光斑的强度可W 被转移到标记上。在替代的实施例中，在装置460被省略的情况下，该分布可W直接通过照 射成形器446产生，并且W其全部光强通过在第一分束器454内的光斑反射镜被传送到物 镜424。可W设计各种替代方式W获得期望的分布。
[0080] 离轴照射分布可WW多种方式形成，W形成实用的仪器，应当记住相对的分段对 于干设仪428应当是相干的，W产生期望的信号。特别地，当使用宽频带源时，源福射的相 干长度/时间将非常短。即使使用单色激光源，US' 116教导短的相干时间是优选的，例如 W消除来自不期望的多种反射的干扰。因此，从所述源到每个分段的光学路径长度应当非 常紧密地匹配。与期望的分布直接对应的孔可W放置在加宽的平行的束中，但是运会导致 相对大的光损失。为了避免光损失，我们在上面提到的在先申请61/623, 391中提出了各种 替代的解决方案。
[0081] 来自照射源442的照射在性质上可W为单色的、但是通常是宽频带的，例如为白 光，或者为多色的。在束中波长的多样性增加了测量的鲁棒性，如所知道的。现有的传感器 使用例如一组四个波长，即绿、红、近红外和远红外光。在执行本发明的新的传感器中，可W 使用相同的四个波长，或者可W使用不同的四个波长，或者比四个波长更多或更少的波长。
[0082] 再次参考图4,现在将说明与使用多波长的福射的测量和偏振效果的管理有关的 设备的方面。在照射子系统440中，源420包括四个单独的源，它们被设置为产生具有四个 波长的福射，即绿（表示为G)、红（R)、近红外（脚和远红外（F)。为了在下面的讨论中方便， 运四种不同波长的福射将被叫做四色光，为此目的它们是否处于电磁谱中的可见部分或不 可见部分是不重要的。所有光源被线性偏振，其中G和N福射被彼此相同地定向，并且R和 F福射被与G和N偏振正交地偏振。
[0083] 四种颜色通过偏振保持光纤被传输到多路复用器502MUX，在那里它们被组合成单 一的四色束。多路复用器保持线性偏振，如箭头504所示。箭头504和图中相似的箭头被 标示为G和R，W指示绿色组成部分和红色组成部分的偏振。N和F组成部分被分别与G和 R组成部分相同地定向。
[0084] 该组合的束通过合适的传递光学器件506进入分束器454。如上所述，它然后从 部分或全部的反射表面（例如，0.5mm直径的光斑反射镜）反射，该反射表面在分束器中。 物镜424将该束聚焦成窄束，该窄束被由在晶片上的对准标记202形成的光栅反射和衍射。 光被例如具有数值孔径NA= 0. 6的物镜收集。该NA值允许从具有16ym节距的光栅为每 种颜色收集至少十级衍射。
[0085] 形成信息承载束426的反射的和衍射的光然后被输送到自参考干设仪428。在该 实例中，如上所述，该束被分束462W将信息承载束的一部分464供给到非对称性测量装置 (当被提供时）。传送非对称性测量信息的信号466被从装置460传到处理单元PU。恰好 在干设仪前，偏振被半波板510旋转45°。从该点起，为了清楚起见，仅为一种颜色示出偏 振箭头。如上所述和US' 116中所述，干设仪由偏振分束器构成