用于确定衬底上目标结构的位置的方法和设备、用于确定衬底的位置的方法和设备与流程

本申请要求享有2016年6月13日提交的欧洲专利申请16174142.6的优先权，并且该申请在此通过全文引用的方式并入本文。

本发明涉及例如可用于由光刻技术制造器件的方法和设备，以及使用光刻技术制造器件的方法。本发明更特别地涉及用于确定衬底上标记的位置的方法和设备。本发明进一步涉及用于确定衬底的位置的方法和设备。

背景技术：

光刻设备是将所希望图案施加至衬底上、通常至衬底的目标上的机器。光刻设备可以例如用于集成电路(ic)的制造中。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装置可以用于产生将要形成在ic的单独层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个管芯或数个管芯)上。图案的转移通常经由成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独衬底将包含后续图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常称作“领域”。

在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，由此在衬底上后续层中形成功能特征。光刻设备的性能的关键方面因此是相对于(由相同设备或不同光刻设备)建造在之前层中的特征而正确且精确地放置所应用的图案的能力。为了该目的，为衬底提供对准标记的一个或多个集合。每个标记是可以在稍后时刻使用位置传感器通常光学位置传感器而测量其位置的结构。可以在用于第一层的图案中包括标记图案以及器件特征。在化学和物理处理之后，标记变成后续层中定位图案中用作参考的永久结构。在其中第一器件层不适用于形成标记结构的情形中，可以施加并处理“层零(layerzero)”图案，以形成适用于定位其它层的标记结构。该图案随后称作“对准标记”。位置传感器称作“对准传感器”。在专利us6297876(bornebroek等人)中公开了对准传感器的已知示例。在janvanschoot、frankbornebroek等人在spiesymposiumonopticalmicrolithographymarch1999,santaclara,california,usa处展示的论文“0.7naduvstep&scansystemfor150nmimagingwithimprovedoverlay”中包含了该传感器及其应用的进一步讨论。

一旦在包含对准标记的层顶部上施加新层，就出现使用位置传感器获得的位置信号有缺陷或无法获得的问题。标记结构自身也可以因化学和物理工艺而变得扭曲。在该位置传感器中，已经进行了许多研发和改进，以提高在条件范围下的测量精确度。可以在后续层中形成额外标记，其中原始标记遮蔽时将要使用。然而，在一些工艺中，必须沉积新材料层，其简单地遮蔽对准标记至无法测量位置的程度。该材料的示例是钨。为了在该层中精确地定位器件图案，通常需要在层中切割开口以暴露下层对准标记。这些窗口可以相对粗略地定位，但是仍然需要的精确度预设一些方法以确定下层标记的位置。因此，已经设想了不同方法以确保一些可识别标记在不透明层中可见，例如通过在沉积不透明层材料之前形成拓扑结构学特征。该方法包含额外的工艺步骤和成本，以及占据了衬底上额外空间，即“占地面积(realestate)”。

技术实现要素：

本发明在第一方面旨在允许确定标记的位置而不论上层结构是否存在，无需昂贵的额外的图案化和加工步骤。

本发明在另一方面旨在允许精确地确定衬底的位置，不依赖于可以变得受损或遮蔽的标记。

本发明在第一方面中提供了一种在衬底上定位目标结构的方法，由上层结构遮蔽了标记。该方法包括：

(a)提供相对位置信息，该相对位置信息限定了标记相对于衬底的一个或多个边缘部分的位置，在所述上层结构形成之前已经限定了所述相对位置信息；

(b)在所述上层结构形成之后，测量所述边缘部分的位置；以及

(c)基于在步骤(b)中测得所述边缘部分的位置以及在步骤(a)中提供的相对位置信息，得到目标结构的位置；

其中在步骤(a)和(b)中的一个或两者中，通过使用相机获取衬底边缘区域的图像而测量边缘部分的位置，以及

其中相机的光学系统对于角度敏感，从而在所述图像中突出了具有特殊斜角的所述边缘区域的一部分。

在一个实施例中，该方法进一步包括步骤：(d)使用目标结构的导出位置来移除所述上层结构的一部分，以暴露目标结构。在另一实施例中方法包括步骤：(e)在暴露目标结构之后，比在步骤(c)中更精确地测量目标结构的位置。

在一个实施例中，相机可以形成用于在步骤(e)中测量目标结构位置的传感器的一部分。

在一个实施例中，使用与用于在步骤(a)中测量目标结构位置的对准传感器相同或类似的对准传感器，执行在步骤(e)中更精确的位置测量。

在另一实施例中，该方法进一步包括步骤：(f)在光刻工艺步骤中，使用目标结构的更精确位置来控制施加至衬底的一个或多个图案的定位。

在一个实施例中，步骤(b)进一步包括确定衬底的定向，以及步骤(c)在导出步骤(c)中目标结构位置中使用所确定的定向。可以通过在衬底边缘中形成的定向特征附近测量边缘部分的位置而测量衬底的定向。备选地，通过识别分布跨越衬底的图案的定向而测量衬底的定向。可以在通过测量跨衬底表面的高度所获得的拓扑结构学变化中识别分布式图案。分布式图案可以包括网格图案。

在一个实施例中，步骤(a)包括：

(a1)在形成所述目标结构之前，测量所述边缘部分的位置；以及

(a2)在相对于衬底边缘部分的测得位置所限定的位置处，形成所述目标结构。

在另一实施例中，步骤(a)包括：

(a1)在形成所述目标结构之后，但是在形成所述上层结构之前，测量所述边缘部分的位置以及测量目标结构的位置；以及

(a2)基于步骤(a1)中测得的位置，记录所述相对位置信息以后续用于步骤(c)。

在一个实施例中，目标结构是用于定位将要施加至衬底的图案的对准标记。

在一个实施例中，上层结构是对于感测辐射的一个或多个波长不透明的材料的层。

在一个实施例中，衬底是半导体晶片。

本发明在第一方面中进一步提供了一种用于在衬底上定位目标结构的设备，设备包括：

存储装置，用于相对于衬底的一个或多个边缘位置限定标记的位置的相对位置信息；

边缘位置传感器，可操作用以测量所述边缘部分的位置；以及

处理器，被设置用于基于所述边缘部分的测得位置以及在所述存储装置中提供的相对位置信息而导出目标结构的位置；

其中所述边缘位置传感器包括可操作用于获取衬底的边缘区域的图像的相机，以及其中相机的光学系统是角度选择性的以使得在所述图像中增强所述边缘部分具有特殊倾斜角的一部分。

在一个实施例中，边缘位置传感器可操作用于当上层结构遮蔽了目标结构时测量所述边缘部分的位置，以及其中所述设备进一步包括位置传感器，该位置传感器可操作用于在已经移除了所述上层结构的一部分之后更精确地测量目标结构的位置。

在一个实施例中，所述相机形成了用于更精确地测量目标结构的位置的位置传感器的一部分。

在一个实施例中，处理器被进一步设置为在计算目标结构的位置中使用衬底的所确定定向。

在一个实施例中，处理器被设置为使用由形成在衬底的边缘中的定向特征附近的所述边缘位置传感器所获得的边缘部分的位置而确定衬底的定向。

在一个实施例中，处理器被设置为通过识别分布跨越衬底的图案的定向而确定衬底的定向。

在一个实施例中，在由跨越衬底表面的高度传感器所获得的拓扑结构学变化中识别分布式图案。

在一个实施例中，分布式图案包括网格图案。

本发明在第一方面中进一步提供了一种用于施加图案至衬底的光刻设备。该光刻设备包括根据本发明的设备、以及用于使用目标结构的计算得到位置以控制施加至衬底的一个或多个图案的定位的控制器。

本发明在第一方面进一步提供一种用于施加图案至衬底的光刻设备。该光刻设备包括根据本发明的设备、以及用于使用衬底的边缘部分的测得位置来控制限定所述目标结构的图案的定位的控制器。

光刻设备可以适用于其中所述衬底是半导体晶片的情形。

使用衬底边缘作为参考允许不采用额外图案化步骤而定位目标结构，诸如对准标记。标记可以形成在相对于边缘的所限定位置处，或者可以在标记形成之后但是在它们变得遮蔽之前而测量相对位置。

本发明在第二方面提供了一种测量衬底的位置的方法，其中使用相机以获取衬底的边缘区域的图像，其中相机的光学系统是角度选择性的，从而在所述图像中增强所述边缘区域的具有特殊倾斜角的一部分。

在一个实施例中，相机进一步包括与相机的光轴对准的照射源。

在一个实施例中，角度选择性相机是适用于测量形成在衬底上目标结构的位置的传感器的一部分。在另一实施例中传感器是在光刻设备中的对准传感器。

在一个实施例中，衬底是半导体晶片。

本发明在第二方面中进一步提供了一种用于测量衬底位置的设备。该设备包括可操作用于获取衬底的边缘区域的图像的相机，其中相机的光学系统是角度选择性的以使得在所述图像中增强了所述边缘区域具有特殊倾斜角的一部分。

相机可以是基于已经提供在光刻设备的对准传感器内的硬件。

在一个实施例中，相机进一步包括与相机的光轴对准的照射源。

在一个实施例中，角度选择性相机是适用于测量形成在衬底上目标结构的位置的传感器的一部分。在另一实施例中传感器是用于光刻设备的对准传感器。

在一个实施例中，相机适用于其中所述衬底是半导体晶片的情形。

本发明更进一步提供了一种计算机程序产品，包括用于使得一个或多个可编程处理器实施处理器、以及控制根据以上所述本发明的方法步骤和设备的机器可读指令。计算机程序产品可以包括存储了所述机器可读指令的非临时存储媒介。

将通过考虑以下所述示例而理解本发明的以上和其他方面。

附图说明

现在将参照附图、仅借由示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了光刻设备；

图2示意性示出了在图1的设备中的测量和曝光工艺，根据已知实践并根据本发明实施例而修改；

图3示意性示出了使用位置传感器以测量形成在衬底上目标结构的位置，以及不透明上层结构的问题；

图4示意性示出了确定在本发明第一实施例中目标结构的位置的方法；

图5示意性示出了确定在本发明第二实施例中目标结构的位置的方法；

图6示出了在本发明实施例中角度选择性相机的操作；

图7和图8示意性示出了在可用于光刻设备中的位置传感器中集成角度选择性相机；

图9示出了确定在不透明层之下的两个目标结构的位置，其包括确定衬底的定向；

图10示意性示出了用于对于衬底的边缘区域计算测得位置的示例性方法的一部分；

图11示出了用于确定衬底的定向的第一示例性方法；以及

图12示出了用于确定衬底的定向的第二示例性方法。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，有益的是展示其中可以实施本发明实施例的示例性环境。

图1示意性描绘了光刻设备la。设备包括被配置用于调节辐射束b(例如uv辐射或duv辐射)的照射系统(照射器)il，被构造用于支撑图案化装置(例如掩模)ma并连接至配置用于根据某些参数精确地定位图案化装置的第一定位器pm的图案化装置支座或支撑结构(例如掩模工作台)mt；均被构造用于固定衬底(例如涂覆了抗蚀剂的晶片)w且每个连接至被配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器pw的两个衬底工作台(例如晶片工作台)wta和wtb；以及被配置用于将由图案化装置ma赋予辐射束b的图案投影至衬底w的目标部分c(例如包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如折射投影透镜系统)ps。参考坐标系rf连接各个部件，并且用作用于设置并测量图案化装置和衬底以及其上特征的位置的参考。

照射系统可以包括用于引导、定形或控制辐射的各种类型光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型光学部件、或其任意组合。

图案化装置以取决于图案化装置的定向、光刻设备的设计、以及其他条件诸如例如图案化装置是否固定在真空环境中的方式而固定图案化装置。图案化装置支座可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以固定图案化装置。图案化装置支座mt可以是框架或工作台，例如，其如需要的话可以是固定或可移动的。图案化装置支座可以确保图案化装置处于所需位置处，例如相对于投影系统。

在此使用的术语“图案化装置”应该广义地解释为涉及可以用于在截面中赋予辐射束图案以便于在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应该注意，赋予辐射束的图案可以并未完全对应于衬底的目标部分中的所需图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中产生的器件中的特殊功能层，诸如集成电路。

如在此所述，设备是透射式类型(例如采用透射式图案化装置)。备选地，设备可以是反射式类型(例如采用如上所述类型的可编程镜面阵列，或者采用反射式掩模)。图案化装置的示例包括掩模、可编程镜面阵列、以及可编程lcd面板。在此术语“刻线板”或“掩模”的任何使用可以视作与更常用术语“图案化装置”同义。术语“图案化装置”也可以解释为涉及以数字形式存储了用于控制该可编程图案化装置的图案信息的装置。

在此所使用的术语“投影系统”可以广义地解释为包括任何类型投影系统，包括折射、反射、折返射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任意组合，如对于所使用曝光辐射合适的，或者对于其他因素诸如使用沉浸液体或使用真空合适的。在此术语“投影透镜”的任何使用可以视作与更常用术语“投影系统”同义。

光刻设备也可以是其中可以由具有相对较高折射率的液体例如水覆盖衬底的至少一部分以便于填充在投影系统和衬底之间空间的类型。沉浸液体也可以施加至光刻设备中其他空间，例如，在掩模和投影系统之间。沉浸液体在本领域已知用于增大投影系统的数值孔径。

在工作中，照射器il从辐射源so接收辐射束。源和光刻设备可以是分立实体，例如当源是受激准分子激光器时。在该情形中，源不应视作形成了光刻设备的一部分并且辐射束截止于包括例如合适的引导镜面和/或扩束器的束输送系统bd而从源so传至照射器il。在其他情形中源可以是光刻设备的整体部分，例如当源是汞灯时。源so和照射器il、如果需要的话与束输送系统bd一起可以称作辐射系统。

照射器il可以例如包括用于调节辐射束的角度强度分布的调节器ad，积分器in以及聚光器co。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有所需的均匀性和强度分布。

辐射束b入射在固定于图案化装置支座mt上的图案化装置ma上，并由图案化装置而图案化。已经横越了图案化装置(例如掩模)ma，辐射束b穿过将波束聚焦至衬底w的目标部分c上的投影系统ps。借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如干涉仪装置、线性编码器、2-d编码器或电容性传感器)，可以精确地移动衬底工作台wta或wtb，例如以便于在辐射束b的路径中定位不同的目标部分c。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器(图1中并未明确示出)可以用于相对于辐射束b的路径而精确地定位图案化装置(例如掩模)ma，例如，在从掩模库机械检索之后、或在扫描期间。

图案化装置(例如掩模)ma和衬底w可以使用掩模对准标记m1、m2以及衬底对准标记p1、p2对准。尽管如所示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(这些已知作为划片线对准标记)。类似地，在其中在图案化装置(例如掩模)ma上提供多于一个管芯的情形中，掩模对准标记可以位于管芯之间。小的对准标记也可以包括在管芯内，在器件特征之中，在其中希望标记尽可能小且无需任何与相邻特征不同的成像或工艺条件的情形中。以下进一步描述检测对准标记的对准系统。

所示设备可以用于各种模式。在扫描模式中，当将赋予辐射束的图案投影至目标部分c上(也即单次动态曝光)时，同步地扫描图案化装置支座(例如掩模工作台)mt和衬底工作台wt。衬底工作台wt相对于图案化装置支座(例如掩模工作台)mt的速度和方向可以由投影系统ps的缩放和图像反转特性而确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(沿扫描方向)。其他类型光刻设备和操作模式是可能的，如本领域广泛已知。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化装置保持固定但是采用改变的图案，并且移动或扫描衬底工作台wt。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变形，或者采用完全不同的使用模式。

光刻设备la是所谓的双站台型，其具有两个衬底工作台wta、wtb以及两个站台-曝光站台exp和测量站台mea-在它们之间可以交换衬底工作台。当在曝光站台处曝光一个衬底工作台上的一个衬底时，可以将另一衬底加载至测量站台处的另一个衬底工作台上并执行各种准备步骤。这使能显著提高设备的吞吐量。准备步骤可以包括使用水平传感器ls绘制衬底的表面高度轮廓并使用对准传感器as测量衬底上对准标记的位置。如果当其在测量站台处以及在曝光站台处时位置传感器if无法测量衬底工作台的位置，可以提供第二位置传感器以使能相对于参考坐标系rf在两个站台处追踪衬底的位置。替代于所示的双站台设置，其他设置是已知的并且可使用。例如，其他光刻设备是已知的，其中提供了衬底工作台和测量工作台。当执行准备测量时这些码接在一起，并且当衬底工作台经历曝光时随后拆解。

图2示出了在图1的双站台设备中曝光衬底w上目标部分(例如管芯)的步骤。将首先描述根据常规实践的工艺。

在虚线框内左手侧是在测量站台mea处执行的步骤，而右手侧示出了在曝光站台exp处执行的步骤。有时，衬底工作台wta、wtb中的一个衬底工作台将在曝光站台处，而另一个在测量站台处，如上所述。为了该说明的目的，假设衬底w已经被加载至曝光站台中。在步骤200处，新的衬底w’由未示出的机构加载至设备。这两个衬底并行处理以便于提高光刻设备的吞吐量。

初始地参照新加载的衬底w’，这可以是之前未处理的衬底，备有新光致抗蚀剂用于在设备中首次曝光。然而一般而言，所述的光刻工艺将仅是一系列曝光和加工步骤中的一个步骤，因此衬底w’已经数次穿过该设备和/或其他光刻设备，并且也可以已经经历了后续工艺。特别是对于改进重叠性能的问题，任务是确保在已经经受了图案化和加工的一个或多个循环的衬底上的正确位置中施加新的图案。这些加工步骤逐渐地在衬底中引入必须测量并校正以实现满意的重叠性能的畸变。

可以在其他光刻设备中执行之前和/或后续图案化步骤，如刚才所述，并且可以在不同类型光刻设备中执行。例如，可以在与较少要求的其他层相比在更先进的光刻工具中，执行对于诸如分辨率和重叠的参数要求高的器件中一些层的制造工艺。因此可以在沉浸型光刻工具中曝光一些层，而在“干式”工具中曝光其他层。在工作于duv波长的工具中曝光一些层，而使用euv波长辐射曝光其他层。

在202处，使用衬底标记p1等和图像传感器(未示出)的对准测量用于测量并记录衬底相对于衬底工作台wta、wtb的对准。此外，将使用对准传感器as测量跨衬底w’的数个对准标记。在一个实施例中，使用这些测量以建立“晶片网格(wafergrid)”，这非常精确地绘制了跨衬底的标记分布，包括相对于额定矩形网格的任何畸变。

在204处，也使用水平传感器ls来测量晶片高度(z)与x-y位置对比图。常规地，仅使用高度图以实现已曝光图案的精确聚焦。这可以用于额外的其他目的。

当加载衬底w’时，接收方案数据206。方案数据206限定了待执行的曝光，以及晶片与之前制造和将要在其上制造的图案的属性。将在202、204得到的晶片位置、晶片网格和高度图的测量值添加至这些方案数据，因此可以将方案和测量数据208的完全集合传递至曝光站台exp。对准数据的测量值例如包括相对于作为光刻工艺产品的产品图案以固定或额定固定关系而形成的对准目标的x和y位置。刚在曝光之前获取的这些对准数据用于采用将模型与数据拟合的参数而产生对准模型。将在曝光操作期间使用这些参数和对准模型以校正在当前光刻步骤中施加的图案的位置。正使用的模型在测得位置之间插入位置偏差。常规的对准模型可以包括四个、五个或六个参数，一起限定了不同尺寸的“理想”网格的平移、旋转和缩放。使用更多参数的先进模型是已知的。

在210处，交换晶片w’和w，因此已测量的衬底w’变为进入曝光站台exp的衬底w。在图1的示例性设备中，通过在设备内交换支座wta和wtb而执行该交换，因此衬底w、w’保持精确地夹持并定位在这些支座上，以保留衬底工作台和衬底自身之间的相对对准。因此，一旦已经交换了工作台，必须确定投影系统ps和衬底工作台wtb(以前wta)之间的相对位置以在曝光步骤的控制中利用衬底w(以前w’)的测量信息202、204。在步骤212处，使用掩模对准标记m1、m2执行刻线板对准。在步骤214、216、218中，跨衬底w在连续目标位置处施加扫描运动和辐射脉冲，以便于完成许多图案的曝光。

通过使用在曝光步骤执行中在测量站台处获得的对准数据和高度图，相对于所希望位置并且特别地相对于之前沉积在相同衬底上的特征而精确地对准这些图案。在步骤220处从设备卸载现在标注为w”的已曝光衬底，以经历根据已曝光图案的刻蚀或其他工艺。

在一些工艺中，已经形成了对准标记之后加工处理衬底上的层导致其中由于信号强度低或没有而无法由对准传感器找到标记的情形。可以由在标记顶部上阻挡了对准传感器工作的不透明层而引起低或零信号强度。

图3示出了问题(示意性示出了这些绘图中的特征，并且未按比例)。在300处的截面图中示出了衬底的一部分。图3(a)示出了当已经形成了光栅结构以用作对准标记302时的衬底的情况。应该理解，该标记302仅是跨衬底存在的多个标记的一个。可以提供不同类型标记，以适应不同的传感器和/或不同的工艺条件。可以为了粗略位置测量和精细位置测量提供不同标记。已经使用光刻设备la或类似设备将限定了光栅的特征施加至衬底的坯体(blank)材料以在抗蚀剂层中形成图案，并随后化学或物理地刻蚀所施加的图案以形成沟槽并因此限定永久光栅结构。可以随后采用另一层材料304填充这些沟槽。用以形成光栅结构的图案化可以执行作为衬底的第一层加工的一部分，其中相同的图案化步骤也适用于第一层器件特征。备选地，在一些工艺中，优选地在专用步骤中形成对准标记302，其可以称作“层0”。

如在(b)处可见，可以使用光刻设备中对准传感器as来读取标记302的位置，即使当其变为掩埋在诸如材料层304和306之类的上层结构之下时。已知的对准传感器一般提供使用不同辐射波长读取的能力，以便于穿透典型的上层结构。另一方面，器件构造中使用的一些材料对于可应用于对准传感器中的任何辐射可以是不透明的。在图3中(c)处，已经添加了层308。这可以例如是金属，诸如钨层或碳硬掩模层。施加层308，以准备向层308赋予图案，以形成器件的功能层，或形成用于刻蚀下方层的硬掩模。然而，层308对于对准传感器as的辐射是不透明的。

在层308也并未留下由此可以找到标记的任何拓扑结构特征的情形中，如果不采用额外测量，则无法精确地定位图案以在层308中限定特征。例如，已知在后续层中制造额外标记以促进标记检测。然而，这些额外标记的制造是昂贵的。如果在已有标记的顶部上以如此方式打开光学窗口以使得仅移除了位于标记顶面上的材料并且因此可以测量标记，则可以避免这些额外标记。这产生了图3(d)中所示的情形，其中已经在不透明层310中打开了窗口310，仅在下层标记302的附近。如进一步所示，窗口310的打开允许对准传感器as读取标记302的位置，因此光刻设备可以精确地在层308上定位后续图案。

已知为“清除(clear-out)”的该光学窗口需要以某一位置精确度而完成，否则管芯良率将受到切割出层的保留功能器件所需的部分的影响。通过修改在不透明层308下方的层的拓扑结构，能够提供可以足够精确地检测以允许清楚窗口定位的对准标记。然而，这些也要求额外的加工步骤和成本。

图4示出了备选方案，其基于使用衬底400的边缘部分420作为参考，用于确定标记的位置，尽管存在上方结构。坯体衬底材料标注为400，并且其他结构具有与图3中相同的标记，但是采用前缀“4”替代“3”。因此，在图4(a)至图4(d)以及标记402处所示的步骤序列期间，形成了包括层404、406和不透明层408的上层结构，并且在不透明层中打开窗口410。替代于提供可以由对准传感器读取的特殊标记，图4的方法使用边缘传感器412以测量衬底的边缘部分420的位置，并且基于边缘部分的测得位置而计算隐藏标记402的位置。

边缘传感器412可以被认为是相机。在以下将要更详细描述的特定实施例或本公开中，使得相机的光学系统对于某些辐射角度特别敏感，因此将在由相机所捕获图像中以一些方式增强衬底400的圆化斜坡边缘422的某一部分。在未示出的其他一些实施例中，可以提供相机以观察图像中的对比度，并且以该方式识别衬底的边缘。无论实施哪个实施例，在光学系统中都当然包括合适的照射。照射可以通过光学系统提供，或者来自一些外部源，其被引导在衬底边缘处或在其下方的衬底支座处。

如以下将进一步所见，适合用作边缘传感器412的相机可以已经存在于光刻设备la的对准传感器as中。在一些类型对准传感器中，出于与衬底边缘的检测无关的理由，相机已经是角度选择性的。在其他一些情形中，简单修改可以将相机转变为角度选择性的相机。将基于在专利和论文中所述的、背景技术部分中所提及的对准传感器而展示以下示例。

更详细参照图4的方法，在该示例中步骤(a)和(b)示出了在第一层或“层0”图案化步骤中形成标记402的步骤。在(a)处，我们看到在已经形成了标记402之前，传感器412测量或确定衬底400的边缘的位置。在(b)处，通过图案化、刻蚀和填充步骤以与用于形成图3中标记302相同的方式而形成标记。然而，这次控制标记402的位置以使其具有相对于衬底边缘的已知位置。当然，示出了一维相对位置，但真实衬底具有可以二维测量的边缘部分，并且以二维限定标记的位置。此外，如已经所述，实际中的标记402可以是跨衬底定位的数个或许多标记中的一个。记录所有这些标记402相对于衬底400边缘的位置，以供未来参考。它们可以记录在光刻设备内，和/或可以记录它们并将其作为图2中所提及方案数据的一部分而与衬底一起传递。

现在参照图4(c)，已经在标记402之上施加了层406和不透明层408，因此其无法再由对准传感器读取或检测。然而，可以由传感器412读取或检测衬底的边缘的位置。通过再次测量衬底的边缘部分的位置，并且通过使用标记的已存储相对位置，可以计算标记402的位置。可以在所希望位置处打开窗口410，如图4(d)中所示。

如已经所述，光刻设备la已经包括极其精确的编码器以用于追踪衬底工作台和其上加载的衬底相对于参考坐标系rf的任何移动。相应地，可以利用这些定位系统的全部精确度，以获得标记和衬底边缘的相对位置的非常精确的记录。因此主要由测量边缘位置的精确度来限制定位窗口410的精确度。然而，使用在此所公开的技术，相信可以以足够的精确度执行窗口410的定位，从而不再需要提供额外的所谓粗略对准标记。进一步，潜在地，可以将衬底的边缘位置的精确测量用作对于所提供粗略对准标记的替代。因此可以释放通常由粗略对准标记所占据的空间以用于其他用途。

图5展示了其中可以实现相同结果的另一方法。展示了标注为400至422的部分，与图4中完全相同。方法步骤(a)至(d)非常类似，除了并未使用传感器412测量衬底边缘的位置直至已经在步骤(a)中形成了标记402之后之外。如在步骤(b)中所见，假设可以仍然由对准传感器检测并使用标记402，可以使用由边缘传感器412得到的测量值计算其相对于衬底边缘的位置。将采用加载至光刻设备中衬底工作台wta或wtb上的衬底而得到两个位置测量值。如已经所述，光刻设备la已经包括极其精确的编码器以用于追中衬底工作台和加载其上的衬底相对于参考坐标系rf的任何移动。因此，可以治理这些定位系统的最高精确度，以获得标记和衬底边缘相对位置的非常精确的记录。

在不透明上层408施加之前提供相对位置的测量值，边缘传感器412和所记录相对位置可以在步骤(c)和(d)中用于窗口410，正如图4的方法所示。

在图4和图5的示意图中，边缘区域示出为不改变，而其他区域接收各种材料层。实际中，衬底的所有部分可以经受化学和物理加工处理以施加层。仅为了简便，这些图中的边缘区域示出为保持“干净”。如果需要的话，则可以调节并且校准位置测量，以校正在边缘区域中将影响位置测量值的改变。

图6示出了在本公开的一个特定实施例中边缘传感器412的工作原理。在该实施例中，边缘传感器可以被描述为角度选择性相机。该相机可以是现有对准传感器的现有相机，其可以是现有对准传感器的现有相机的修改，或者其可以是为边缘位置检测特殊提供的分立相机。无需多言，使用现有硬件对于成本和空间的原因是有吸引力的。以上所提及的现有专利和论文中所述类型的对准传感器存在于遍及世界的许多半导体制造设施中。

在图6中，在衬底工作台604上安装衬底602。由光刻设备的各种传感器和伺服系统输出定位信息pwt，并且定位信息pwt被输入至处理器606。也将图像数据608从角度选择性相机的图像传感器610输入至处理器606。图像传感器610可以是常规的ccd或cmos传感器，其包括与所捕获图像的像素相对应的光电检测器的阵列。光学系统612在图像传感器610上形成衬底的图像。光学系统在该示例中由透镜614、616的配对表示，尽管自然实际中可以预期更复杂的光学系统。通过透镜614使用合适的光源620和部分反射表面622而为相机提供照射。

迄今为止所述的部件将被实施常规的相机。常规的相机可以采用合适的照射和图像处理而用作测量衬底边缘位置的一种方法。然而在本示例中，通过在光学系统的光瞳面p中包括孔径(aperture)装置624，相机是角度选择性的相机。如本领域技术人员已知，光瞳面中的点对应于成像平面中辐射角度，也即衬底表面处辐射的角度，以及图像检测器610上辐射的角度。通过在光瞳面中放置仅选择某些角度的孔径，可以使得角度选择性相机在所捕获图像中仅增强相对于照射辐射626位于特定角度处的那些特征。

在图6(a)中，在平视图中作为插入细节示出了示例性的孔径装置624a和624b。纯示意性且未按比例示出了这些。第一孔径装置624a包括在光轴周围预定距离处的环形开口。如已经所述，该距离对应于在至光学系统612的输入端处的角度α。现在参照图6(b)处的衬底边缘部分的放大细节，示出了各种照射方式和反射的辐射。相对于衬底平面垂直地引导照射，并且与相机光学系统612的光轴o重合。衬底602的边缘具有圆化的斜角(bevel)形式，其以增大的角度从平坦部分632弯曲至极端边缘部分634。因此，由衬底边缘的不同部分沿不同方向反射照射辐射626的射线。

在照射在衬底表面上的照射辐射626的所有射线中，将仅反射标记为636的在斜角形的特殊区域中的那些射线，该射线作为相对于光轴以预定角度α传播的射线638。因此，仅这些射线可以穿过孔径装置624以对于在图像传感器610上图像的形成有贡献。图6(c)示意性示出了该图像。不同于衬底及其周边的常规图像，光学系统612的角度选择行为导致如下图像，该图像特别地增强了衬底边缘的部分636并抑制其他部分。在所示的示例中，该增强导致跨图像的明亮条带640。当将该图像提供至处理器606时，线条642可以穿过明亮条带的像素。可以相对于参考坐标系rf获得边缘位置的测量644。

可以将角度选择性相机移动至衬底边缘周围各个位置，直至获得了足够的测量值，如以下所述。图6(d)示出了明亮部分640以及因此拟合线642的角度在衬底的外围周边如何变化。在边缘周围不同位置处采集许多样本，如所希望的获取许多样本，处理器606可以给出边缘位置测量值pe以用于参照图4和图5以上所述的方法。

参照备选孔径装置624b，可以看到该孔径装置并不具有环形开口，而是相反的仅具有沿着x和y轴线设置的一个或多个开口。结果，一些现有的对准传感器具有相机，该相机包括有效地在它们内的孔径装置，如以下进一步所述。当采用特定波长辐射照射时，微调孔径的定位至对准标记光栅的衍射阶量的预期衍射角度。因此对准传感器的光学系统已经是角度选择性的，为了选择不同的衍射阶量的目的。在衬底边缘附近使用相同类型孔径装置，可以利用已知光学系统的角度选择性特性以实现与图6(c)中所示相同的结果。然而，使用孔径装置624b的限制在于：当被反射的射线与x或y方向对准时，将仅在所捕获图像中增强衬底边缘的角度部分636。例如，如图6(d)中所示，将不使用第二孔径装置捕获具有边缘的倾斜部分的图像。然而，如果可以在北、南、东和西位置处测量边缘的位置，则可以足以实现衬底的精确位置测量。实际上，如所见，相机的视场足以捕获许多这种样本图像，甚至在衬底外围的小区段中。在已知对准传感器中，相机的视场小于1mm的一半，而典型的衬底的直径是300mm。

图7再现了背景技术部分所涉及的来自vanschoot等人的论文的已知对准传感器的图。对于该传感器的设计和操作全部细节，应该参考专利和论文，该专利和论文在此通过全文引用的方式将其内容并入本文。如论文中所解释，已知的对准传感器具有两个光学系统，其使用不同波长辐射(例如绿色和红色激光辐射)工作。假设用于红色辐射的光学系统在图的顶部中，以及用于绿色辐射的光学系统在底部半边。将仅描述用于绿色辐射的系统。激光器702形式的光源产生所希望波长和特性的光。光纤704引导激光朝向位置传感器光学模块706。可以回想到，标记具有周期性光栅的形式，并且将辐射衍射至多个相异方向中。由标记402所反射的单独的衍射阶被成像在参考板710上的分立孔径上。因此，将光传输至一系列检测器712。提供光楔的阵列714，其沿特定方向偏转每个衍射阶量。以此方式，在参考板710上分立位置处对每个衍射阶成像。可以因此处理由检测器产生的信号以区分光学信号中广泛各种条件，并且比仅仅尝试一次性使用所有阶量对标记成像获得更多信息。

如所引用的论文中所示，提供ccd传感器720，以用作看穿位置传感器的光学系统至衬底上的相机。因此可以使用该相机以获得衬底边缘的图像，并测量衬底边缘的位置以用于在此所公开的方法。通过如图7中示意性所示而引入孔径装置624，可以使得该相机成为角度选择性相机，如以上参照图6所述而工作。以此方式，由传感器720捕获的图像将具有在它们中增强的边缘斜角的特定部分，给出精确的参考以用于关于标记402的相对位置计算。可以注意，在所捕获图像中引起亮度特征的部分636既不是衬底的平坦部分的边缘，也不是极外围634。相反，其仅是边缘的可再现部分，其可以通过利用相机光学系统的角度选择行为可靠地检测。当角度α可以为任意时，其为边缘位置的测量提供了一致性的参考。

图8示出了包括角度选择性相机的对准传感器的另一形式。参考标记802至814用于指代与图7中参考标记702至714相同的特征。在该示例中，ccd传感器820耦合至光学系统806的绿色分支的光学系统，在光楔的阵列814的下游。如平视图中示意性所示，该阵列814已经具有仅传递与x和y轴线对准的特殊角度辐射的效果。因此，可以从该传感器820获得图6(c)中所示的形式的图像，而并未进一步修改对准传感器。在这些图像中，由于ccd传感器820安装在其中的光学系统的角度选择行为，将在所捕获图像中增强衬底边缘的斜角形状的某一部分，只要该部分与x轴线或y轴线对准。

最后，图7和图8示出了可以利用已经存在于普通类型对准传感器中的光学系统如何测量衬底的边缘的位置，以及执行它们的测量跨越衬底的光栅结构(对准标记)的位置的更普通任务。通过简单修改以上参照图2所述的对准方法，可以测量边缘的位置并且捕获并重复使用相对位置。

现在参照图9(a)，图示了衬底的平视图，其中沿四个方向测量边缘的位置。为了示意说明，使用标记北、南、东和西，在位置(xn,yn),(xe,ye),(xs,ys)和(xw,yw)处测量晶片沿x和y方向的四个端点。可以计算衬底中心的位置(xc，yx)。应该理解，所有这些位置在相对于光刻设备的参考坐标系rf所限定的坐标系统中。假设衬底的表面由不透明材料的层408所覆盖，图9(a)示出了无法检测上方对准标记402的位置。然而，如图9(b)中可见，使用较早记录的相对位置信息，以及使用例如由边缘传感器412所测量的衬底中心位置(xc，yc)，可以通过合适地定位图案以限定窗口410而在已暴露区域中找到标记。

注意，图9(b)的简化说明假设了衬底围绕轴线的定向是固定的，实际上，定向可以在将相同衬底加载至相同或另一光刻设备中的不同时刻之间而变化。因此，在实际实施例中，测量衬底的边缘的位置，并且也测量衬底相对于设备的所限定轴线的定向角度θ。在半导体制造中普遍的圆形衬底的情形中，边缘位置的测量并未揭露定向。以下将描述用于测量定向的不同方法。不论使用哪个方法，图9(c)示出了其中具有不透明层408的衬底相对于x和y轴线未对准的情形。假设定向是已知的，则其可以与测得边缘位置一起用于正确地定位暴露了上层标记402的窗口410。

除了衬底中心的位置之外，如果衬底的直径似乎在第一和第二边缘位置测量值之间变化，则可以计算沿x和y方向的缩放因子。该缩放因子也可以应用于计算上方标记的位置。如上所述，如果必须的话，可以调节和校准位置测量值，以校正在边缘区域中可以由衬底在边缘位置测量步骤之间的物理和化学加工引起的变化。因此，系统可以区分衬底尺寸的真正变化，以及由边缘区域的处理局部引起的边缘的明显移动。假设加工在其效果上是合理地一致性的，可以预测并校正明显移动。可以提供反馈以改进对于外来衬底的该预测。

图10示出了在图9中衬底的左手侧(西)端点处边缘位置的测量。可以以各种方式进行所捕获图像的加工处理。仅为了示例，假设在图10中捕获了连续的非重叠图像帧1002。在每个帧中，线条1004穿通代表边缘的明亮区域，以参考图6以上所述的方式。在单独图像帧中安置了线条之后，处理器606可以拟合曲线1006，作为计算边缘的端点位置(xw，yw)的方式。如上所述，每个帧中所展现的视场可以小于1mm，可选地小于半毫米，并且因此所捕获帧的数目可以远大于在示意性所示。帧可以被捕获，例如，以每秒25帧的速率。取决于孔径装置的形式，其中使用角度选择性相机，可以在整个外围周围或者仅在北、南、东和西区域中捕获帧。

图11示出了以上参照图9所述的确定定向的一种方法。在该示例中，衬底具有形成在其边缘中的槽口1100，作为定向标记。在外围周围捕获图像帧1102，包括槽口的峰。如放大细节图中所示，拟合曲线1106(例如抛物线)至相关帧中的明亮区域，并且根据经拟合的曲线的参数来计算定向角度θ的数值。

图12示出了基于在光刻设备内可应用的其他传感器数据而测量定向的备选方法。也即，如果希望的话，则可以使用不同传感器进行定向的边缘位置测量值的测量。作为一个示例，以上图1和图2的说明中所述的高度传感器ls确定跨衬底的高度变化。在其中衬底具有经历了图案化和化学/物理加工的数个层的情形中，通常能够区分单独器件领域的网格图案(管芯)作为高度图中的周期性特征。通过使用平均在基本上整个衬底之上的高度数据，可以识别由图12的放大平视图中虚线所展示的那些线性特征。可以通过知晓这些如何与之前层中施加的图案相关联而计算定向角度θ。

因为图12的方法不取决于在衬底外围的槽口区域中边缘任意角度的测量位置，因此其可以特别适用于如下情形，其中边缘传感器412是包括了第二类型孔径装置624b的角度选择性相机。诸如图11和图12中所示的那些方法可以组合使用，以提高确定定向的精确度和/或通用性。

综上所述，已经显示了可以如何使用衬底边缘的相对位置信息和测量值而间接地测量隐藏特征诸如标记、管芯和上层结构的位置。取决于光刻设备中存在的硬件，可以需要很少或不需要对现有硬件的修改。可以避免对于昂贵的额外对准标记制造步骤的需求。

已经进一步显示了可以如何在相机中包括角度选择性光学系统并用于精确地测量衬底边缘的位置。在该方法中实现的精确度可以足够，因为常规的策略对准标记变得冗余，且粗略对准完全是基于衬底边缘的测得位置而进行。进一步注意，该角度敏感相机可以已经存在于光刻设备的感测装置中和/或可以由那些装置的简单修改而得出。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，应该知晓可以除了如所述之外而实践本发明。

尽管以上描述为标记的示例性结构是为了位置测量目的而特殊设计并形成的光栅结构，在其他实施例中，可以在形成于衬底上的器件的功能部分的结构上测量位置。许多器件具有规则的、光栅状结构。如在此所使用的术语“标记”和“光栅结构”并未要求已经为所执行的测量特殊地提供结构。提及的不透明层并非是可以通过直接观察标记而中断标记位置的测量的唯一类型上层结构。

与位置测量硬件以及实现在衬底和图案化装置上的合适的结构联合，实施例可以包括一种计算机程序，包含了实施以上所述类型的测量方法的机器可读指令的一个或多个序列以获得关于由上层结构所覆盖的标记位置的信息。光刻工艺。该计算机程序可以例如由专用于该目的的处理器606等而执行，或者集成在图1的控制单元lacu中。也可以提供具有存储在其中的该计算机程序的数据存储媒介(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。

尽管以上已经对于在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例做了具体参考，应该知晓本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，以及其中上下文允许的，不限于光学光刻。在压印光刻中图案化装置中的拓扑结构限定了在衬底上形成的图案。图案化装置的拓扑结构可以挤压至施加于衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合而固化了衬底上的抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后将图案化装置移出抗蚀剂而在其中留下图案。

在此使用的术语“辐射”和“波束”包括所有类型电磁辐射。包括紫外(uv)辐射(例如具有为或大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如具有在1-100nm范围内的波长)，以及粒子束诸如离子束或电子束。散射仪和其他检查设备的实施可以在使用合适源的uv和euv波长中进行，并且本公开绝非限定于使用ir和可见辐射的系统。

其中上下文允许的，术语“透镜”可以涉及各种类型光学部件的任意一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。反射部件可以用于工作在uv和/或euv范围内的设备。

本发明的广度和范围不应受限于任何上述示例性实施例，而是应该仅根据以下权利要求和它们的等价形式而限定。