CN1510519A - 具有对准子系统的光刻装置，使用对准的器件制造方法以及对准结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光刻装置，包括用于相对构图部件(MA)对准基底台(WT)上基底(W)的对准子系统(21)。该对准结构(10)包括可检测为捕获位置或检验位置的非周期特征(15)，使用对准子系统(21)中的参考光栅(26)。非周期特征(15)可能会在对准子系统(21)的检测信号中产生相位效果，或者产生幅值效应。

Description

具有对准子系统的光刻装置，使用对准 的器件制造方法以及对准结构

技术领域

本发明的第一方面涉及一种光刻装置，包括：

-用于支撑构图部件(MA)的支撑结构(MT)，所述构图部件用于根据所需图案对投影光束进行构图；

-用于支持基底(W)的基底台(WT)，基底上具有对准结构(10)，该对准结构(10)具有空间周期性光学特性；以及

-用于相对构图部件(MA)对准基底台(WI)上的基底(W)的对准子系统(21)，该对准子系统(21)包括：

- 光学装置(20，24，26)，该光学装置用于对对准结构(10)反射或透过的光进行光学处理，产生其强度随空间周期对准结构(10)的相对位置和相对构图部件(MA)定义的参考位置而变化的测量光；

-与光学干涉装置相连的探测器，用于测量所述测量光的强度和/或相位信息，

-致动器(PW)，根据测量光的强度和/或相位信息控制基底台(WT)和构图部件(MA)的相对位置。

此外，在第二方面，本发明涉及一种装置制造方法，包括步骤：

-提供至少部分覆盖有光敏材料层的基底(W)，该基底(W)包括具有空间可变光学性质的对准结构(10)；

-使用构图部件(MA)使辐射的投射光束在其横截面中具有一定图案；

-相对构图部件(MA)对准基底(W)，所述对准包括：

-将基底(W)设置在光学装置(20，24，26)中，对对准装置(10)反射或透射的光进行光学处理，产生强度随空间周期对准结构(10)的相对位置和相对构图部件(MA)定义的参考位置而变化的测量光；

-测量该测量光的强度和/或相位信息；

-根据强度和/相位信息控制基底(W)和构图部件(MA)的相对位置；以及

-将带图案的辐射光束投射到光敏材料层靶部上。

在第三方面，本发明涉及一种对准结构，用于使用光学测量如干涉测量，相对参考位置对准工件，该对准结构包括至少一个具有多个具有预定周期的相邻线和间隔的相栅标记。

背景技术

这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给入射的辐射光束赋予带图案的截面的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件如集成电路或者其它器件的特殊功能层相对应(如下文)。这种构图部件的示例包括：

■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性的被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台会相对光束移动。

■程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非寻址区域将入射光反射为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的定址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地关于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，由此寻址反射镜以不同的方向将入射的辐射光束反射到非寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的定址图案对反射光束进行构图。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵定址。在上述两种情况中，构图部件可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多信息可以从例如美国专利US5,296,891、美国专利US5,523,193、PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

■程控LCD阵列，例如由美国专利US5,229,872给出的这种结构，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

为简单起见，本文的其余部分在一定的情况下具体以掩模和掩模台为例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理应适用于上述更宽范围的构图部件。

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件可产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行构图的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻投影装置是，通过将全部掩模图案一次曝光在靶部上而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片分档器。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。关于如这里描述的光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投影装置的制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底可进行各种处理，如涂底漆，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如曝光后烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行任何不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学—机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层重复全部步骤或者其变化。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的 “微 型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guideto Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill PublishingCo.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

为了简单起见，投影系统在下文称为“透镜”；可是，该术语应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。投影系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于引导、整形或者控制辐射投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“透镜”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。

在图案投射到基底上之前，必须相对构图部件精确定位基底，从而图案将精确投射到基底上所需位置处。在现代半导体制造过程中，必须以纳米精度实现这种定位。

欧洲专利申请EP-A-1148390描述了使用相栅对准系统进行这种对准。这类系统使用包含具有周期性变化光学性质的对准结构的基底。相栅对准系统测量对准结构相对某些参考位置的周期相位，其中相对于构图部件(直接或间接)定义参考位置。根据相位，得到基底位置测量结果。

通过将对准结构设置在光学干涉装置中，实现相位测量，其中光学干涉装置输出强度依赖于相位的光。干涉装置包含例如成像元件，该成像元件选择由对准结构衍射的选定衍射级的光，并将所选择的光成像在光刻装置的参考结构上。参考结构具有空间周期可变的光学性质，其周期与对准结构的图像周期相同。结果，通过参考结构输出的光形成一种莫尔图案。该图案随着对准结构的图像相对参考结构的移动而改变，该图案取决于对准结构周期最小反射部分与参考结构周期的最小透射部分的一致程度。结果，输出光空间平均强度以基底位置为函数周期变化。

不用参考结构也可以实现类似的周期变化。欧洲专利申请No.EP 1148390描述了如何使用对准结构发出的沿两个路径到达探测器的光之间的干涉，相当于对准结构的图像彼此相对旋转180度。在这种情形中，旋转中心为相对光刻装置提供定义的位置，并且检测光强以基底相对定义位置的位置为函数的周期性变化。

在这种干涉装置中，无需高空间分辨率的探测器即可测量平均强度的周期性变化。测量探测光强度，可以赋予对准结构不同位置的相位值。而使用相位值在对准结构光学性质周期性变化的方向精确地定位基底。

使用相栅对准子系统，可以实现高对准精度。选择单独衍射级可显著降低噪声，因为仅检测到具有对准结构空间频率的光。与使用半导体晶片图像的电子图像识别的对准技术相比，相栅滤波技术使用对对准不太关键的检测和控制电路实现精确和低噪声的对准。

相栅对准技术的问题在于，仅在可以使用足够大对准结构和/或参考结构，以便该基底被最初定位成将对准结构成像到参考结构上时工作。换句话说，相栅对准的捕获范围必须足够大。大对准结构和/或参考结构昂贵，因为例如它们在基底上占据一定空间，否则这些空间可以包含电路元件。从而希望减小对准结构和/或参考结构的面积。不过，已经发现当对准结构小于给定尺寸时，尽管该结构依然适合于精确定位目的，但是由于基底最初定位时(捕获范围不够大)，对准结构的图像没有与参考结构重叠，对准结构并不能总是立即起作用。

并且，周期对准结构与参考结构一起，产生具有一定周期的输出信号，例如当使用8.0μm相栅作为对准结构和参考光栅时，可以仅在8.0μm范围内精确设定位置。当使用具有两个不同相栅8.0和8.8μm的对准结构进行Nonius原理测量时，周期为88μm。从而通过现有的(微)对准方法，周期信号的一个或多个周期可能产生误差。此处，将周期定义为周期信号一个周期的大小。

发明内容

本发明的一个目的在于对基底和构图部件提供对准，其中改善了周期对准系统的捕获范围和可靠性。

在本文开头段落中指出的光刻装置中可以实现本发明的这个和其他目的，其特征在于还设置对准子系统，该对准子系统使用对准结构上形成的可以视作捕获位置(capture position)或检验位置的非周期性特征。检验位置可以例如用作进一步对准的起始点或者用作置信度检验。

通过在对准结构中包含可使用标准对准子系统检测的非周期特征，本发明的光刻装置可以提供用于开始精晶片对准的精确捕获点或位置。在除精调方法周期性以外的任何情形中，这可以去除现有(精确)晶片对准方法的周期误差不确定性。或者，本发明的光刻装置可以用于后续检查(即在晶片对准之后或期间)是否产生周期误差。事先使用本发明的对准子系统实施例，可以扩展对准子系统的捕获范围，并且使用对准子系统事后检验可以增大对准子系统的可靠性。

对准结构的非周期特征可以包括在检测信号中产生可以检测到的相移，或者可以检测到的强度漂移。有多种实施方式，每种实施方式具有其自身特有的优点。

在包括非周期性特征相移的一个实施例中，通过改变对准结构一行(或多行)的宽度或间隔，由对准结构两部分之间的相移形成非周期特征。在这种情形中，对准结构具有线条和间隔周期相同的两个部分，不过可以减小或增大一个(或多个)间隔的长度，以形成非周期特征。一个例子是将两个部分交叉处的间隔减小到相栅周期的一半(例如在8.0μm相栅的情形中为4μm)，或者将其扩展到一个半周期(即对于相同相栅为12μm)，实际上，在过渡区域，对于两个部分而言对对准子系统测量信号的贡献为精确的相反相位，易于检测到捕获位置(即检测信号相位梯度最大的位置)。

不过，由于贡献相反，所产生的低幅值检测信号会带来问题。可以通过使间隔更小防止该问题的发生(例如在8.0μm相栅的情形中为200nm)，这会产生依然可以检测到相位变化的检测信号，同时检测信号的幅值保持较高。

在相移引发系统的另一实施例中，光学干涉装置包括参考光栅，非周期特征包括从分别具有第一周期和第二周期的对准结构第一部分向第二部分的过渡，第一与第二周期是低的分别大于参考光栅的周期，并且对准子系统用于根据所产生的测量光倾斜相位信息检测捕获位置或检验位置。此处再次指出，周期为周期系统中一个周期的大小，即线与间隔(更大周期，从而表示两个连续线之间的距离较大)的尺寸之和。相对参考相栅，通过适当选择对准结构第一部分和第二部分的周期，检测信号的相位将随相互位移线性变化，不过对于第一部分与第二部分而言，符号相反。从而可由两个倾斜相位信号的交点得出捕获位置或检验位置。

在另一实施例中，所产生的检测信号相位具有正弦曲线形状，例如使用正弦分布拟合检测到的相位信号，易于检测捕获位置。由此，根据下式对准结构包括与位置有关的周期变化：

$\mathrm{\Δ}\left(x\right)=\frac{\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{L}x\right)-1}{x}$

其中Δ(x)为与位置有关的周期改变，x为沿对准结构方向的位置，L为对准结构的长度，在该长度上相位应该变化，并且对准子系统用于根据所产生的测量光正弦形相位信息检测捕获位置或检验位置。

将正弦相位分布标记设计成，使所产生的检测信号正弦相位曲线的周期远大于精调方法的周期(例如大于88μm)。

对于其中使用检测对准信号强度确定对准或检验位置的第二类标记，第一实施例使用对准结构的有限尺寸作为非周期特征。在这种情形中，对准子系统用于根据测量光强度的包络线检测捕获位置。通常，相栅对准系统中对准结构的长度比宽度大，并使用对准结构沿其长边扫描执行精确晶片对准。为了寻找粗略晶片对准的捕获位置，检测对准信号的包络线与所用对准结构的尺寸相应，从而可以找到捕获位置。

在又一实施例中，对准结构在第一方向具有第一尺寸，在第二方向具有第二尺寸，其中第二方向基本垂直于第一方向，其中非周期特征为对准结构的第一和/或第二尺寸。通过使用对准标记与第一方向成0°到90°之间的角度α的扫描，可以检测所述第一和/或第二尺寸。

该实施例可以用于所有种类的对准结构，并且也称作对角线扫描。当相对第一方向以角度α进行扫描时，可以获得第二方向的捕获位置。通常，使用相互垂直的对准结构，沿第一和第二方向进行对准。从而在扫描第一对准标记(沿第一方向延伸)时，可以得出用于第二对准标记(沿第二方向延伸)的捕获位置，反之亦然。

在再一实施例中，以大于0°的角度α，优选以大于10°的角度α，例如以45°的α角度执行对角线扫描。

当晶片上存在两种对准结构作为对准子系统(例如8.0μm和8.8μm相栅)时，也可以使用本实施例。在对于第一对准结构相对第一方向以角度α进行对角线扫描之后，对第二对准结构重复扫描，不过相对第一方向以角度-α进行扫描。这可以提供具有更高置信度(更可靠的解决方法)的捕获位置。

对于α＝0°，仅沿第一方向进行扫描。由于对准结构在第一方向的有限尺寸，可提供第一方向的捕获位置。

对于α＝90°，沿对准结构的第二方向进行扫描。当对准结构第二方向的尺寸精确可知时，能确定第二方向的捕获位置，在使用第二对准结构进行微调时可以使用该捕获位置。在这种情形中，参考光栅与对准结构有可能精确对准，从而检测到非常小的产生信号。可使用周期与对准结构不同的参考光栅，或者通过在稍稍偏移的起始位置执行新一次扫描，避免该问题的发生。

在另一实施例中，由对准结构第一部分到对准结构第二部分的过渡形成非周期特征，第一部分的周期为Xμm，第二部分的周期为X/nμm，n为整数。该对准子系统用于根据测量光第n衍射级的强度变化检测捕获位置或检验位置。两部分对准结构相对容易制造，特别是在正确选择参数时更是如此。必须注意，所检测的对准信号的强度偏移大到足以被可靠检测，不过较低信号也具有足够大的振幅。可使用8.0μm部分与8.0/7μm部分的组合实现本发明。并且还可以实现X＝8.0μm与n＝5(光栅周期分别为8.0μm和1.6μm)的组合，以及其他适当组合。

在两部分对准结构的又一实施例中，由从对准结构第一部分到对准结构第二部分的过渡形成非周期特征，第一部分的线与间隔具有第一占空度值，第二部分的线与间隔具有第二占空度值，并且该对准子系统用于根据测量光强度变化检测捕获位置或检验位置。占空度为对准结构中线与间隔的宽度比。不同占空度相栅与光学干涉装置结合，将产生不同幅值的检测信号，能检测捕获位置。

本发明的另一实施例提供对基底和构图部件的对准，其中基底上更小的对准结构足以提供对准和预定位。

根据本发明在相位信息的控制下进行对准，包括选择步骤，其中选择基底的位置，从而对准结构与参考结构处于重叠成像关系。该选择步骤包括确定干涉装置输出的测量光的强度变化幅值，并且寻找使对准结构与参考结构处于重叠成像关系的基底位置。为此，对于对准步骤和预定位步骤而言，分别对强度测量结果进行不同处理。优选在滤除由于与对准结构相对运动产生的变化不相符的变化之后，确定对准期间强度周期变化的相位，确定选择期间变化的振幅信息。这通过检测器进行，可由适当编程、对于也用于相位测量的相同类型强度信息进行处理的计算机来执行，不过也可以使用专用检测硬件。随后，在振幅测量值最大处或附近的位置进行对准。

虽然优选实施例是将基底上对准结构反射的辐射成像在参考结构上，检测透过参考结构的辐射，不过应该理解，所要求的权利不限于此实施例。并非使用通过参考结构的透射光，可以使用参考结构的反射光；并非将辐射从对准结构成像在参考结构上，可以将参考结构周围的辐射成像在基底上的对准结构上。

在一个实施例中，用滤波器过滤作为基底位置函数的变化幅值，根据与对准图案周期的空间频率相应的幅值变化选择滤波器，并在搜索中使用经过滤波的幅值。实现滤波的一种方法是幅值变化量与基础匹配图案的多个替代版本相关。还经常使用相关技术来确定相位，不过在这种情形中，一个替代版本就足够了。通过这种相关技术，还可以使用用于确定相位的电路类型确定幅值信息。

最好，相栅对准技术用于进行对准，其中仅使用对准结构的选定衍射级确定幅值。

在一个实施例中，将测量光强度变化的相位用于一个方向的对准，一般为彼此相随的对准结构的周期方向。在这种情形中，可使用光刻装置中基底和/或参考结构上的另一对准结构控制与所述方向正交的另一方向的对准。不过，可使用一个对准结构和/或参考结构进行二维搜索，在根据相位进行控制之前，搜索基底预先放置的位置。即使相位仅表示一个方向的位置，由于输出光的强度变化幅值表示两个尺寸上的重叠，这也可能实现。

在一个实施例中，根据对准结构的幅值测量，确定与周期对准结构周期变化方向正交方向中的一个方向分量。如果对准结构的图像进一步沿与该方向并非横切的周期变化方向延伸，也可以实现。这可能是由于在相邻芯片之间晶片上划线中设置对准结构。沿划线长度方向大量对准结构重复出现。垂直于该方向，对准结构的幅度窄得多。这导致与沿划线长度方向相比，可以更好地限定以沿所述横向位置为函数的对准结构的位置。通过例如用于过滤选定衍射级的光瞳孔径形状，将对准结构成像在参考结构上，可以产生相同结果。从而，在一个实施例中，优选仅使用最大值搜索沿垂直于对准结构周期变化方向的方向的对准位置分量。

晶片上相互正交的划线区域中，可以存在具有不同周期变化方向的不同对准结构。在一个实施例中，使用不同划线区域中第一与第二相互垂直方向中，从具有周期性变化的对准结构得到的幅值，搜索分别与第一和第二方向垂直的对准位置的不同成分。例如，使用水平划线中的对准结构搜索对准位置的垂直成分，使用垂直划线中的对准结构搜索对准位置的水平成分。由于对准结构在划线长度方向一个较大范围上延伸，在搜索过程中沿该长度方向的初始位置一般并不重要，保证当设备垂直于该长度方向扫描时，可以遇到该对准结构。

根据本发明第二方面，提供一种本文开头段落中定义的装置制造方法，其中所述对准结构包括可以视作使用对准子系统作为捕获位置可检测的非周期特征。

从属方法权利要求中给出本发明制造方法的其他有利实施例。这些实施例具有与相关设备权利要求有关的上述优点相同的优点。

根据本发明第三方面，提供一种本文开头段落中定义的对准结构，其中该对准结构包括非周期特征。在相关从属权利要求中描述了其他有利的实施例。

在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“划线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)，和粒子束，如离子束或者电子束。

附图说明

现在将仅通过例子，参照附图描述本发明的实施例，附图中相同附图标记表示相同部件，其中：

-图1表示根据本发明一个实施例的光刻装置；

-图2表示光刻装置的对准子系统；

-图3表示根据本发明对准结构的第一实施例；

-图4表示对于图3中对准结构两个实施方式，对准子系统的检测信号；

-图5表示根据本发明对准结构的第二实施例，以及对准子系统检测到的相位信号；

-图6表示本发明对准结构第三实施例的与位置有关的周期变化和所产生的相位分布；

-图7示意出本发明光刻装置对准子系统的第四实施例；

-图8表示图7中对准子系统的检测信号；

-图9表示使用图7的实施例对晶片的对准过程；

-图10表示本发明对准结构的第五实施例；

-图11表示用于对准基底和掩模图案的流程图；

-图12表示部分基底的顶视图；

-图13表示检测信号；

-图14表示部分基底的另一顶视图；以及

-图15表示另一种对准子系统。

具体实施方式

图1示意表示根据本发明一个特定实施例的光刻装置1。该设备包括：

辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如EUV辐射)，在这种具体例子中，该辐射系统还包括一辐射源LA；

第一目标台(掩模台)MT，设有用于保持掩模MA(例如划线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置连接；

第二目标台(基底台)WT，设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置连接；

投射系统(“透镜”)PL，用于将掩模MA的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。

如这里指出的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的构图部件，如上述涉及的程控反射镜阵列型。

辐射源LA(例如激光源)产生辐射光束。该光束直接或横穿过如扩束器Ex的调节装置后，再照射到照射系统(照射器)IL上。照射器IL包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它组件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模MA上的光束PB在其横截面具有理想的均匀度和强度分布。

应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻装置的壳体中(例如当辐射源LA是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过合适的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。

光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。横向穿过掩模MA后，光束PB通过透镜PL，该透镜将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片分档器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程致动装置连接，或者固定。可使用掩模对准标记M1，M2和基底对准标记P1，P2对准掩模MA和基底W。

所示的装置可以按照二种不同模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT基本保持不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。

2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪”中。取而代之的是，掩模台MT沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是透镜PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相当大的靶部C，而没有牺牲分辨率。

该设备中包括对准子系统21(图1中未示出)，用于精确测量基底W的位置，保证投影期间适当对准基底W。图2示意表示出对准子系统21，包括具有辐射源20，成像结构24，参考结构26，26a(形成光学干涉结构)，探测器28，28a以及处理单元29的光学子系统。虽然将处理单元29表示成一个元件，不过应该理解处理单元29可以由若干相互连接的处理器组成。辐射源20如激光器用于在基底W上的区域22上产生光斑。成像结构24包括将区域22成像到参考结构26上的透镜结构240，242。参考结构26具有空间周期性透射性。探测器28用于检测透过参考结构26的光的空间平均强度。检测器28的输出端与处理单元29的输入端相连，而处理单元29具有一个与第二定位装置PW连接的控制输出端，第二定位装置PW与基底W相连。

干涉测量装置IF具有一个与处理单元29相连的输出端。应该理解在不影响功能的条件下可以对对准子系统21进行多种变型。例如，可以添加反射镜，能将对准子系统的元件移动到更方便的位置。在一个实施例中，对准子系统21紧邻投影透镜之下，不过应该理解对准子系统21可以更加远离投影透镜。对准过程中基底不必处于投影光束光路中。实际上，对准过程中甚至分离基底台上的另一基底可以处于投影光束路径中。

在操作过程中，辐射源20发出的光被区域22反射，并且成像结构24使用该反射光将区域22成像在参考结构26上。成像光部分透过参考结构26，到达探测器28上，探测器28产生表示透射光空间平均强度的电信号。

处理单元29使用该电信号产生用于定位装置PW的控制信号。这包括多个阶段(可由处理单元29的不同元件(未示出)执行)。在预定位阶段，处理单元29将基底W与对准子系统21彼此相对移动，使对准结构成像在参考结构26上。在精确定位阶段，处理单元29精确测量基底W和对准子系统21彼此相对的位置，即确定对于干涉测量装置IF的哪一个输出值，基底W与对准子系统21彼此处于特定对准状态。随后，处理单元29使用该测量结果控制一个或多个相对基底W与对准子系统21对准的位置具有预定偏离的位置，移动基底，用投影光束PB进行照射。

为了精确对准，基底W包含在区域22中具有空间周期性反射特性的对准结构10(参见下面所述的图3，5，7，9和10)。在精确对准期间，将该对准结构10成像在参考结构26上。透过参考结构26的空间平均光量周期性地取决于对准结构10与参考结构26图像的相对相位。

优选成像结构24仅使选定的衍射级对通过到达参考结构26。如图所示，成像结构24用于滤除区域22的选定衍射级。为此，成像元件包含透镜240，242，其间具有衍射级滤波器244。第一透镜240将沿各方向衍射的光映射到衍射级滤波器244上的相应位置，仅选定位置透过光。第二透镜由透射光形成区域22的图像。因此仅使用选定衍射级对在参考结构26上成像。原则上也可以不用这种选择透射而进行位置测量，不过这样信噪比较差。

如图所示，优选分别处理区域22的光衍射级的若干对。为此，设置光楔245，保证将不同衍射级对成像在不同参考结构26，26a上，每个参考结构26，26a具有其自身的探测器28，28a。虽然仅表示出两个参考结构26，26a以及相应的探测器28，28a，分别用于衍射级对+-1和+-2，不过应该理解，原则上可以分别处理大量衍射级，例如七对衍射级+-n(n＝1，2，3，4，5，6，7，..)，每个衍射级对具有其自身的参考结构和探测器。

在上述对准子系统21的一个实施例中，成像结构24用于滤除第0级，有效地将对准结构10的周期平分(或倍频)。从而晶片W上对准结构10的16μm周期，实际上变成参考栅26上的8μm周期。

虽然为了简单起见仅表示出单个元件240，242，不过应当理解，实际上成像结构24可以包括透镜或成像反射镜的组合。

此外，虽然表示出光首先从基底W反射，然后在检测之前透过参考结构26的结构，不过应当理解，可以采用其他结构。例如，可以检测反射离开参考结构26的光，和/或如果基底W透光则可以使用透过基底W的光。同样，在检测之前，在输送到基底W之前，光可以首先输送到参考结构26(进行反射或透射)。并且，当然，本发明不限于图2中所示的垂直入射。

为了能精确测量晶片位置(也称作精确晶片对准FIWA)，根据现有技术，晶片W上区域22中的对准结构或标记10，对于X-和Y-方向可以包括两个不同光栅(参见图3)。通过将两个不同光栅周期用于每个标记10(例如8.0μm和8.8μm)和相应参考结构26，(使用所谓的Nonius原理)可以实现更精确的定位和更大捕获范围。捕获范围是在不产生模糊不清的情况下可以进行对准的范围。不过，由于光栅的周期性，在精确定位时依然存在固有的不确定性。在组合8.0μm与8.8μm光栅的情形中，存在+/-44μm的周期不确定性，在标记的初始位置处于+/-44μm范围以外时，可能会导致88μm或更大的误差。这意味着对准标记10的实际位置可以处于距离检测位置n×88μm距离处。

在某些实施例中，在FIWA之后可以进行粗略晶片对准(COWA)。并且可以同时进行COWA和FIWA。可以使用单独标记10如已知的8.0μm相栅，或者使用例如通过上述使用Nonius原理的技术的8.0μm和8.8μm相栅的已知组合，进行FIWA。或者，使用根据本发明一个实施例的标记10执行FIWA(当这些包含至少一个具有正常周期相栅的部分时)。并且，使用相栅作为标记10的本发明方法和用途，可以应用于检验是否已经找到使用单个例如8.0μm光栅标记进行FIWA的初始位置(置信度检验)。

可使用若干不同类型相栅作为标记10执行粗略晶片对准。所有这些类型依据的原理，是使用相栅的非周期特征避免仅使用精确晶片对准方法时存在的不确定性。从而，将周期对准系统(例如使用8.0μm光栅或8.0μm与8.8μm光栅的组合)的捕获范围和/或可靠性增大超过周期对准系统(分别为8.0μm和8.8μm)的周期性以外。

可以通过若干方法将非周期特征包含到晶片上的相栅标记10中。下面将讨论本发明标记的多个实施例，以及该实施例所需的可能的特定处理。通常，存在两类可以实现本发明的标记10，即第一类中使用检测信号的相位确定标记位置(或者更优选：非周期特征位置)，第二类中使用检测信号的幅值确定标记位置。

对于第一类标记10，图3中表示出所谓的相位跃变标记。虚线表示参考光栅26(例如周期为8.0μm)，参考光栅26相对实线表示的相位跃变标记10移动。与传统对准标记(例如间隔8.0μm)相同，这种相位跃变标记10包括线条和间隔，不过在标记的一个或更多位置15处，光栅周期中断，导致在这些位置处标记的相位跃变。还可以定义相位跃变标记10包括直线和间隔周期相同的两个部分11，12，并且特征区域15处于两部分11，12之间，在该空间中没有与两部分11，12相同周期的相栅。在8.0μm相栅中，例如间隔15可以减小到4μm，4/7μm，200nm，或者增大到12μm(如图3中所示的12μm实施例)。通过4μm和12μm间隔，并且参考光栅重叠在两个部分11，12上，参考光栅与部分11之间的相差同参考光栅与部分12之间的相差将相差π。

由于周期光栅中存在非周期特征15，当使用上述对准子系统21参考光栅26相对晶片W上的相栅10移动时，发生相位改变。反射光束的每个检测级中存在这种相位改变。可以对一个或多个探测器28，28a接收的信号进行处理，例如通过在预定位置窗口中对测量和处理信号相位进行最佳拟合，可以得出接收信号的相位。在扫描方向(例如x-方向)对准信号相位改变速度最大的位置，为得出的对准标记位置。

使用大量不同相位改变(4μm，4/7μm，12μm和200nm)进行试验，并且使用不同衍射光栅级检测得到的对准标记15。发现使用最低程度测量4μm相位跃变标记产生最佳结果(最佳的结果可再现性)。

不过，还发现使用相当大间隔(4μm)的相位跃变标记10，在较大位置窗口上，实际对准位置处的检测信号实际上是最弱的信号。这当然可能导致不可靠的结果。已经发现，具有4μm间隔的相位跃变标记10的左部与右部不同相导致较弱信号。当使间隔更小(100nm量级，例如200nm)时，这种信号削弱效果不太明显甚至消失，并且间隔15依然大到足以能应用相位检测方法检测。在图4中，说明这种效果：图4a表示对于具有4μm间隔的相位跃变标记，以距离对准子系统21的位移量x为函数的对准信号S；图4b表示对于具有200nm间隔的相位跃变标记，以距离对准子系统21的位移量x为函数的对准信号S。可以看出，用于200nm相位跃变标记10的对准信号S与用于4μm间隔相位跃变标记10的对准信号S相比，在对准位置处具有更大信号强度。

标记10的非周期特征也可以表现为线性相位分布标记(LPPM)。图5中表示这种实施方式。在本实施例中，相栅10的两个部分11，12的周期均(稍稍)不同于参考光栅26。当相对LPPM10移动参考光栅26时，可以检测到两个线性变化相位分布信号。

对于LPPM部分11，12中的一个(参考光栅周期为8.0μm)，对准信号为：

$S\left(x\right)=\mathrm{dc}+A\cos \left[\frac{2\mathrm{\π}}{(8+\mathrm{\Δ})}x\right]$

$=\mathrm{dc}+A\cos \left[\frac{2\mathrm{\&pi;}}{8}(x-\frac{\mathrm{\&Delta;}}{8}x)\right](\mathrm{\&Delta;}<<8)$

可以看出，每偏离预期位置一微米，对准位置改变(Δ/8)微米。为了具有能检测唯一位置的非周期特征，将LPPM10的光栅11，12设计成，检测到的对准相位信号ΔX_ap表现出具有相反斜率符号的两个斜率(参见图5底部)。从而可由两个斜线的交点得出唯一的对准位置。

在本实施例中，应该记住，不同LPPM10周期将导致不同衍射角，而不同衍射角的光必须仍然能透过衍射级滤波器244(参见图2)。级次位置与标记周期的关系为 $x_{\mathrm{ord}}=n_{\mathrm{ord}}\frac{\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;f}{d_0}$

其中f为焦距，d₀为标记周期。周期改变8nm，将导致相位斜率改变1nm/μm，可以精确测量这种相位斜率改变。相对周期改变1‰，将导致衍射级移动～3μm。

可使用一个相位光栅26和一个光斑，或者如图5中所示使用均沿箭头所示方向移动的两个参考光栅26和两个光斑测量两个斜率，同时确定两个斜率信号。

在第一类相栅10的又一实施例中，光栅周期的变化具有正弦分布(正弦相位分布标记SPPM)。然后用正弦形状取代所产生的测量信号的两个斜率，可以很容易检测到其最大值。当正弦相位分布的周期远大于参考光栅的周期时(例如＞8μm，最好甚至＞88μm)，对检测到的相位信号分布进行正弦拟合，将获得对准标记10的捕获位置15。可由与位置有关的周期改变得出这种正弦相位分布：

$\mathrm{\&Delta;}\left(x\right)=\frac{\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{L}x\right)-1}{x}\&DoubleRightArrow;$

其中还有临界条件为Δ＜＜8。在这个公式中，Δ(x)是与位置有关的周期改变，x为沿(纵向)x-方向的距离，L为对准标记10长度。图6表示SPPM10的正弦相位分布(实线)以及与相关所需位置有关的周期改变Δ(x)(虚线)。

第二类标记10使用检测对准信号的强度产生标记10非周期特征15的捕获位置。

在第二类标记10的第一实施例中，使用常用标记的有限性，如多用途划线初始标记(VSPM)，常规8.0μm相栅标记或8.0μm与8.8μm相栅标记的组合。在一个实施例中，相对标记10纵向成α角扫描所示标记。角度α可以在0°和90°之间变化，其中α＝0°和α＝90°是特殊情况。在图7中，表示出用光斑进行扫描的示例结构和现有的包括两个分离相栅31，32的相栅标记10。在此情形中，用光斑30以相同扫描角度α(不过符号相反)扫描所示两个相栅31，32(例如8.0μm和8.8μm相栅)。在图7中，还表示出坐标轴，表明相栅31和32的较长尺寸处于x-方向，较小尺寸处于y-轴方向。

图8的曲线表示对准子系统21进行一次扫描(例如图7中左侧部分，检测8.0μm光栅31)检测到的以y-位置为函数的强度信号。在图8中，还用虚线表示出检测信号的包络线，能用于确定捕获位置。不过，此情形中检测到的捕获位置为垂直于相栅31纵向(x-方向)的方向(y-方向)中的捕获位置。当使用图7中所示两个相栅31，32时，将获得更可靠的结果。

也可以仅使用单个光栅31执行参照图7中所示实施例讨论的对角线扫描方法。

从沿x-方向延伸的相栅31，32得到的强度信号包络线提供y-方向相位标记10的捕获位置。同样，沿y-方向延伸的相位标记10的捕获位置提供x-方向捕获位置。当晶片上沿x-方向和y-方向同时以已知结构存在相位标记10时(即具有已知的相互偏移35，36，参见图9中所示两个相栅31，32沿x-方向延伸，两个相栅33，34沿y-方向延伸的例子)，可使用所获得的x-和y-方向捕获位置作为正常粗略对准处理的预期位置(例如如上所述使用8.0μm和8.8μm相栅的组合)。有时，必须进行粗略对准，因为根据所使用的相栅标记10的宽度，对角线扫描过程(包络信号)的精度为例如30μm，足以确定88μm周期信号中的正确峰值(如由上述8.0/8.8μm相栅组合得出)，不过不足以精确确定8.0μm周期信号中的正确峰值。

这种对角线扫描方法防止产生周期性误差，因为相栅31...34扫描期间，检测信号中仅存在一个明显的包络形状。当使用对准子系统21根本没有接收到信号(或者信号低于预定阈值)时，表明错过了相栅标记10。从而，应当扩大或移动对准子系统21的搜索窗口(例如移动等于相栅31...34(已知)长度)。对角线扫描方法特别适合于检验使用具有潜在周期误差的检测方法得到的晶片对准位置是否正确(置信度检验)。

对于α＝0°，标记10的非周期特征15处于相栅31...34纵向方向相栅31...34的开始和结束处。可由检测到的对准信号的包络线得出捕获位置(相栅31...34的第一边缘或第二边缘，或其组合)，其长度一般应当等于相栅31...34的长度。。

对于α＝90°，相栅的非周期特征处于横向方向(即垂直于纵向)相栅31...34的开始和结束处。在此情形中，可使用x-方向相栅31，32确定一个方向(例如y-方向)的捕获位置。在此情形中，当参考光栅26与相栅标记10正好对准，从而它们严格不同相时，使用对准子系统21有可能根本不能检测到信号。当角度非常接近90°并且线宽度小于间隔时也可能发生这种情形。不过，用相栅标记10纵向改变非常小的新一次扫描，将产生足以确定y-方向捕获位置的信号。与角度0°≤α＜90°的对角线扫描相比，这种特殊的对角线扫描情形具有其他缺点。针对α＝90°的情形，对准子系统仅检测包络信号，不检测还存在相栅31...34周期特征的对准信号(使该信号也能用于进一步(精确)晶片对准)。

对准子系统的对角线扫描方法具有若干其他优点，对于0°＜α＜90°的情形尤为突出。与传统扫描相比，这种扫描不必使用更多时间，因为可以同时进行采集信号的获取和对准。并且，无需将其他硬件加入对准子系统21中，因为已经存在照射光束(光斑30)和相关驱动装置，以及探测器28和相关处理元件29。由于对角线扫描使用晶片W上用于精确晶片对准的相同标记10，晶片W上划线中无需更多空间。对角线扫描方法的可靠性与现有的精确晶片对准方法相同：在使用相栅标记10的垂直(x-方向)扫描能检测相栅标记10时，使用对角线扫描方法也将能检测该相栅标记10。在本系统中，折衷选择照射光束的尺寸：为了获得最佳性能，它应当非常小，防止与晶片W上的其他特征串扰。不过，非常小的照射光束将整体上增大相栅标记10的遗漏率。然而使用对角线扫描，将大大增加相栅标记10(长度远大于宽度)的实际命中率，允许实际使用小照明光束。

在本发明第二类相栅标记的又一实施例中(强度检测)，该标记包括周期通常为Xμm(例如X＝8.0μm)的第一部分，和周期为X/n的相邻的第二部分，n为整数(例如n＝7)。图10中示意出该实施例，其中标记10包括周期为8μm的第一部分11和周期为8/7μm的第二部分12，当检测该标记10的第n级衍射时，在整个标记10上将检测到具有相同周期的信号，不过在从X到X/n周期改变之处，可以检测到显著的强度变化。使之能检测标记10的捕获位置15。为了可靠并且无有效误差地检测捕获位置15，对准子系统21发出的信号改变应当尽可能显著，不过必须为可从标记10两个部分11，12检测的信号。实际上，这意味着例如8μm与8/7μm(或8/5μm)相栅的组合将形成用于粗略晶片对准的可用标记10。

在另一种变型中，并非改变标记10上的周期，而是改变相栅10中一个或多个位置处间隔和线条的占空度。占空度是对准结构中线条与间隔的宽度比。在正常情况下，相栅10具有相同大小的线条和间隔(占空度50％)。当改变线条与空间的占空度时，可以在对准子系统21发出的信号幅值中观察到这种占空度改变，并且表示出本实施例标记10的捕获位置15。

图11表示处理单元29的操作流程图。该流程图包括预定位阶段301，对准测量阶段302和投影期间定位阶段303。预定位阶段包括若干步骤。通过在处理单元29的指令存储器(未示出)中提供由处理单元29中的传统计算机(未示出)执行的适当指令程序，可以执行流程图的各步骤。

预定位阶段301包括第一，第二和第三步304，305，316。在预定位阶段的第一步骤304中，处理单元29测量基底W一系列位置处探测器28(或者探测器28a和其他探测器)产生的信号。为此，第一步骤304包括相对测量子系统将基底或晶片W移动到一系列位置的第一子步骤311，和在这些位置处测量探测器28发出的强度信号的第二子步骤312。这些位置的范围显著大于参考结构26(以及光束30)的尺寸。第三子步骤313保证对于不同位置重复第一与第二子步骤。

图12表示具有对准结构40的部分基底W的顶视图。表示出扫描路径42。路径42不是基底W的一部分，而表示子步骤311期间，辐射源20在成像在参考结构26上的基底W上形成光斑的连续位置44。在一个实施例中，该设备沿迂回直线路径扫描。通过最小位移形成二维搜索区域。窗口46表示一次成像在参考结构26上的基底W上点域的大小。正如可以看出，仅对于扫描路径42上与对准结构40相交的直线(路径42)所示的有限数量位置，对准结构40的图像与参考结构26重合。

在预定位阶段301的第二步305中，处理单元29对于沿扫描路径42的大量位置，计算振幅信息。为此，第二步骤305包括计算强度幅值信息的第一子步骤314。第二子步骤315保证对于多个位置重复第一子步骤。虽然为了清楚起见，单独表示出第一步304和第二步305，不过应该理解可以将两步结合在一起，在测量时计算幅值信息。这可以省去幅值计算所需的用于保存测量结果的存储器。

图13表示以沿基底W水平扫描路径42部分的位置(单位为微米)为函数，探测器28的输出信号，为连续曲线(不过，实际上可以仅在某些取样位置处测量输出)。在对准结构40的图像与参考结构26重叠的位置(大约500微米)，输出信号以位置为函数周期性改变。在其他位置，由于基底W中存在非对准结构的结构，如半导体制造过程中的电路结构，或多或少会产生更小随机变化幅值。在仅使用选定衍射级对时，所述或多或少的随机改变包括正弦波幅值和相位变化，其周期等于限定衍射级的周期。

在第二步305的第一子步骤314中，对于沿扫描路径42的若干位置(通过干涉测量装置IF测得在基底W上的坐标为x，y)，处理单元29计算输出信号的变化幅值信息。幅值信息的计算包括确定输出信号变化幅值的测量值。对于在没有对准结构时不产生较大输出信号的基底W而言，能例如通过求出最小与最大值之差(不同位置处)，或者通过测量与平均输出信号值的最大偏差检测幅值。对于其他基底W，优选进行一定量空间滤波，抑制不具有对准结构所期望空间频率的输出信号改变的幅值。其可以通过在幅值测量之前对输出信号进行带通滤波而实现，或者通过对对准结构40产生的预期输出信号选择敏感的相关技术来实现。

作为第二步305第一子步骤3 13中计算的一个例子，处理单元29根据下式计算幅值信息：

A2(x，y)＝(∑cos(k(x-x′))s(x′，y′))²+(∑sin(k(x-x′))s(x′，y′))²

在坐标为x’，y’的位置上求和，包括至少一组具有不同x’坐标值的位置，其中彼此之间的间隔小于对准结构的宽度。在所述例子中，A2(x，y)为坐标为x，y的位置的幅值信息A2，由基底处于坐标x’，y’位置时探测器28的输出值s(x’，y’)决定。参数k等于2p/p，其中p为参考结构26，26a上对准结构40的图像周期。坐标x’，y’的范围扩展到围绕计算幅值信息的坐标x，y的位置扩展的窗口。可自由选择窗口大小。较大范围可保证更大频率选择性，使对准结构的误检率减小，不过降低了位置精度，反之亦然。最好，将对求和有价值的x’，y’值的范围取为与对准结构40基本上具有相同大小。

在预定位阶段301的第四步316中，处理单元29使用计算出的幅值信息选择以a和y为函数的计算幅值信息最大的位置(x0，y0)。

尽管通过例子给出了A2的公式，不过应该理解，在不偏离本发明的条件下，可以使用其他类型公式。例如，可以计算出A2对x的导数以确定最大值，或者可以用求和中包含的权重函数W(x-x’，x-y’)相乘，随着x’和/或y’偏离x，y，W减小。

原则上，根据探测器28对一对衍射级的测量，可以找出最大值。或者，可以使用对不同对衍射级同样取定的幅值，或者计算合成幅值函数，或者在使用最大值位置之前证实是否对于所有衍射级对出现一最大值。

对准测量阶段302与预定位阶段301类似，不过并非确定相位幅值。此外，在对准测量阶段302中，优选仅在对准结构处于其成像在参考结构26上的位置处进行测量。

在对准测量阶段302，处理单元29执行与预定位阶段301的第一和第二子步骤311，312类似的第一子步骤321，包括移动到若干位置，并对于基底W的不同位置测量探测器28输出信号。第二子步骤322保证对于大量相对对准子系统的不同位置重复上述步骤：根据第四步316中产生的位置(x0，y0)选择这些不同位置的坐标(x”，y0)，坐标(x”，y0)中x”在围绕x0的一定范围上改变。在第三子步骤323中，处理单元29根据这些测量，使用下述公式计算相位值f：

tg(f)＝a/b

其中

a＝∑sin(k(x″-x0))s(x″，y″)

b＝∑cos(k(x″-x0))s(x″，y″)

在具有不同x”的位置范围上求和，该范围最好延伸到等于对准结构40尺寸的范围，不同x”值间隔最好小于参考结构26的周期。y”值的选择对于计算没有明显影响，只要它们处于对准结构尺寸之内，求和中优选使用一定范围的y”值。所计算出的相位值正比于基底W上的x0与参考位置xr之间的位移除以周期p，从而对准结构W成像到参考结构26上：

f＝2p(x0-xr)/p

因此，相位值给出对准结构40关于对准子系统的精确位置信息。在流程图中投影期间定位阶段303，处理单元29使用该信息，将基底W设置在相对构图部件的一系列所需位置处。

最好，对若干衍射级对进行相位确定，并且使用所计算出相位的组合确定对准结构的位置。

应该理解，可以使用不同种类的xr确定方法。例如，可使用求和中的权重函数W(x”-x0，y”-y0)，或者用某种递归过程对准x0直至“b”变成零，其中xr与被对准的x0相同。

应该注意，相位f和幅值A2公式使用同类元素：对余弦函数和正弦函数求和。不过这些公式产生两种不同信息。无论进行求和的位置(x”，y”)的范围有多宽，相位值f均以位置x0为函数以相同方式大体呈线性变化。幅值信息A2的强度相反随该范围的增大而增大，同时位置依赖性减小。这使得一旦已知对准结构所处的位置，则幅值信息适合于在不包含对准结构的区域内搜索，并且相位信息适合于精确定位。使用相同元素，可以更有效地使用处理单元29进行两种计算。

由相位值f确定出的参考位置xr具有不确定性，因为可以确定相差周期p整数倍的任何xr值。在某些条件下，预定位精度足以识别单个xr数值作为正确值，不过通常情况并非如此。从而优选在基底W上相对对准结构40预定相对位置处设置一个或多个附加的空间周期对准结构。这种附加对准结构的周期与对准结构40的周期不同。同样，对准子系统最好具有附加的参考结构，探测器等，以便确定基底相对对准子系统位移导致的强度改变相位。通过这种方法确定的相位值，可将不确定xr数值之间的距离增大到预定位精度能选择正确xr值的大小。或者，可以使用同一参考结构测量附加对准结构。能根据附加对准结构和第一对准结构的形状和相对位置的模型和先验信息，预测不同对准结构产生的对准位置差异。

原则上，相位f仅提供对准结构40光学性质周期性改变的方向中对准结构的位置信息。从而，在对准结构40周期横向(最好垂直)的方向，一个或多个其他对准结构，参考结构等最好具有周期性空间变化。所述一个或多个其他对准结构最好相对对准结构40设置在预定位置处。在对准阶段302过程中，使用所述一个或多个其他对准结构获得用于将基底W精确设置在与垂直于对准结构40周期的方向横向方向中的附加相位值。

处理单元29最好使用第三步316中选择出的位置(x0，y0)控制基底W的位置，使用通过利用对准结构、附加对准结构和其他对准结构其中至少一个得出的幅值信息，确定该处的附加对准结构相位值，以及一个或多个其他对准结构的相位值。使用一个对准结构进行预处理，简化处理，并且在垂直于对准结构周期的方向和与之横切的方向常常足够精确。不过当需要增大预定位精度时，可以使用不同对准结构的组合振幅值，例如考虑这些结构在基底W上的预定偏移，通过将不同对准结构获得的幅值信息求和。

图14表示基底W的另一顶视图。作为例子，基底W为半导体基底，其上预留有用于不同集成电路芯片的区域。在用于集成电路芯片的区域之间形成划线78，当基底W被机械分割成不同集成电路芯片时进行划线。划线78中存在周期对准结构70，72。为了清楚起见，仅表示出两个周期对准结构70，72，不过应该理解，一般存在更多对准结构。沿划线78延伸的方向，即集成电路芯片各行之间水平划线的水平方向和集成电路芯片各列之间的垂直划线的垂直方向，对准结构70，72的光学性质周期性改变。

在本实施例中，周期对准结构70，72垂直于其所处划线方向的幅度相对小于其沿划线方向的幅度。扫描路径74，76垂直于周期对准结构70，72的光学性质周期改变的方向。

在本发明的一个方法实施例中，对于特定对准结构，确定以垂直于周期对准结构70，72光学性质周期性改变的方向(非扫描方向)的扫描路径74，76的位置为函数的测量光强度周期变化的幅值。为了确定变化幅值，最好在周期对准结构70，72的光学性质周期改变方向(扫描方向)的若干不同位置处测量对于沿扫描路径74，76各位置的测量光强度。确定标记与参考结构表现为最佳重叠的幅值在与扫描路径方向正交方向的位置。一般，该位置是产生最大幅值的位置，不过在最大值为梯形形状的情形中，可以使用以位置为函数的具有相同最大幅值区域内的任何位置。这对于两条相互垂直划线中的周期对准结构70，72都成立。

使用结果控制各位置分量，将测量该位置的相位实现精确对准。也就是说，使用与水平方向光学性质周期性改变的对准结构70垂直的扫描路径74方向的最大值位置，确定用于精确对准的对准结构72的垂直位置分量，并且使用与垂直方向光学性质周期性改变的对准结构72垂直的扫描路径76方向的最大值位置，确定用于精确对准的对准结构72的水平位置分量。

当确定对准结构70，72相对较窄的扫描方向的最大值时，可确定精确位置。具体来说，当对准结构的图像较窄时，通过这种方法得到精确位置(较窄图像可能是由于窄对准结构造成的，不过也可以由于成像，例如对通过与周期改变方向垂直方向的宽带衍射级滤波的形式)。此外，当垂直于扫描路径对准结构通常扩展到相对较大范围时，预定位通常足够精确，从而该设备仅需要对一个对准结构应用一条横向扫描。

仅对于较小对准结构而言，需要使用几个平行扫描路径，确定出产生最大极值的扫描路径，并使用其来确定位置。

最好，为了确定沿扫描路径74，76方向某一位置的幅值，在周期对准结构70，72光学性质周期改变的方向中多个不同位置处测量扫描路径70，72方向各位置的多个测量强度。例如，可以使用周期改变方向的幅度比横向幅度小得多的折线扫描路径，或者使用横向中多个位置处沿周期改变方向的一些列短促扫描。

不过，也可以对于扫描路径74，76方向的每个位置，仅使用一次强度测量，在这种情形中，延伸方向垂直于周期改变方向，或者与周期改变方向成非零角度。因此，在扫描路径74，76方向每个位置处，得到相同相位的强度测量。结果，这些测量中的相对最大值依然具有最大幅值的特征。不过，该方法的风险在于使用不适宜相位。从而，最好对于间隔四分之一周期(加上任何数量的整个周期)的至少两条平行扫描路径确定最大值。不过，可以使用不等于半周期整数倍的任何其他距离。如上所述，在多个不同阶段和步骤中进行对准。应该理解，分解成阶段和步骤仅便于说明对准过程。实际上，各阶段和步骤不必明显不同。例如，根据基底和用于确定最大幅值位置的对准测量系统的一系列相对位置处得出的测量结果之前、之后或者同时(或者实际上为一部分)所保存的已经获得的强度测量值，确定相位。在此情形中，最大幅值位置的确定仅用于选择应该使用所保存强度测量的哪一个。或者，可使用最大幅值位置控制下选择出的位置处进行的单独强度测量，确定相位。这就使测量所需的存储空间更小，不过增加了对准所需的时间，因为必须将基底W移动到选定位置。

此外，虽然优选实施例使用适当编程的计算机或计算机组来确定相位和幅值，并寻找基底与对准测量系统产生最大幅值的相对位置，不过应当理解，可使用专用(不可编程或部分可编程)元件执行这些操作中的任何一个或其组合。例如，可使用数字信号处理线路执行滤波操作，滤出预期频率的强度变化，并计算相位和幅值。作为另一个例子，可以使用专用的硬件幅值检测电路，如可以将用于AM射频解调的电路与探测器28相连。

图15表示另一种对准系统。此处，省略了参考结构26。除了增加将相反符号n，-n衍射级的衍射光组合的旋转元件60以外，将相反级对准结构的图像彼此相对旋转180度，例如将一个旋转90度，将另一个旋转-90度。欧洲专利申请No.Ep 1148390中描述了这种结构。探测器28测量组合光强度。在这种情形中，探测器28前面不需要参考结构。可以按照图2中所述的方法使用探测器28的输出。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，不过应该理解，可以通过所述方式以外的其他方式实现本发明。此描述无意于限制本发明。

Claims (43)

1.一种光刻装置，包括：

-用于支撑构图部件(MA)的支撑结构(MT)，该构图部件用于按照所需图案将投影光束图案化；

-用于支撑其上具有对准结构(10)的基底(W)的基底台(WT)，该对准结构(10)具有空间周期性光学性质；以及

-用于相对构图部件(MA)对准基底台(WT)上的基底(W)的对准子系统(21)，该对准子系统(21)包括：

-光学装置(20，24，26)，对对准结构(10)反射或透射的光进行光学处理，产生强度随空间周期对准结构(10)的相对位置和相对构图部件(MA)定义的参考位置而变化的测量光；

-与光学干涉结构相连、用于测量测量光强度和/或相位信息的探测器，

-致动器(PW)，用于根据测量光的强度和/或相位信息控制基底台(WT)和构图部件(MA)的相对位置，

其特征在于：

该对准子系统(21)还设计成使用对准结构上具有的非周期特征(15)，其中该特征可检测为一捕获位置或检验位置。

2.根据权利要求1所述的光刻装置，其中该对准子系统用于根据检测出的测量光相位信息中的相移，检测捕获位置或检验位置，非周期特征(15)导致相移。

3.根据权利要求2所述的光刻装置，其中周期特征(15)包括对准结构(10)线条或间隔其中之一的宽度变化，在对准结构的两部分(11，12)之间产生相移，并且对准系统用于根据检测到的测量光相位信息检测捕获位置或检验位置。

4.根据权利要求2所述的光刻装置，其中该光学干涉结构包括一参考光栅(26)，所述非周期特征(15)包括从对准结构(10)分别具有第一周期的第一部分(11)到具有第二周期的第二部分(12)的转变，其中第一和第二周期分别低于和高于参考光栅的周期，并且对准子系统(21)用于根据所得到的测量光斜率相位信息检测捕获位置或检验位置。

5.根据权利要求2所述的光刻装置，其中该对准结构(10)包括与位置有关的周期变化，满足下式：

$\mathrm{\&Delta;}\left(x\right)=\frac{\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{L}x\right)-1}{x}$

其中Δ(x)为与位置有关的周期变化，x为沿对准结构方向的位置，L为对准结构(10)的长度，在该长度上相位应该改变，并且对准子系统(21)用于根据获得的测量光正弦形相位信息检测捕获位置或检验位置。

6.根据权利要求1所述的光刻装置，其中该对准子系统用于根据测量光强度的空间依赖性检测捕获位置或检验位置，非周期特征(15)造成空间依赖性。

7.根据权利要求6所述的光刻装置，其中非周期特征(15)包括对准结构(10)的有限尺寸，并且对准子系统(21)用于根据测量光强度的包络线检测捕获位置或检验位置。

8.根据权利要求7所述的光刻装置，其中该对准结构(10)在第一方向具有第一尺寸，在第二方向具有第二尺寸，其中第二方向大体垂直于第一方向，其中非周期特征(15)为对准结构(10)的第一和/或第二尺寸，并且对准子系统(21)用于根据测量光强度的包络线检测捕获位置或检验位置。

9.根据权利要求6所述的光刻装置，其中通过从对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变，形成非周期特征(15)，第一部分(11)的周期为Xμm，第二部分(12)的周期为X/nμm，n为整数，并且对准子系统(21)用于根据测量光第n衍射级的强度变化检测条位置或检验位置。

10.根据权利要求6所述的光刻装置，其中通过从对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变形成非周期特征(15)，第一部分(11)具有线与间隔的第一占空度值，第二部分(12)具有线与间隔的第二占空度值，并且对准子系统(21)用于根据测量光强度变化检测捕获位置或检验位置。

11.根据权利要求1所述的光刻装置，其中该对准子系统还包括：

-与探测器(28)相连用于根据强度信息确定相位的相位确定装置；

-幅值检测器，用于确定以基底台和构图部件相对位置为函数的测量光强度周期变化的信息，在延伸到大于对准结构尺寸的相对位置范围上获得不同幅值信息；

-搜索装置，用于在所述范围内搜索所述幅值最大的对准位置，

该相位确定装置用于根据取决于对准位置选择出的选定相对位置处测得的强度信息测量值，确定相位。

12.根据权利要求11所述的光刻装置，其中幅值探测器包括用于根据确定出的以位置为函数的强度信息，形成滤波信号的频率选择滤波器，与选通位置有关的强度信息变化的空间频率等于对准结构，该探测器由滤波信号确定幅值信息。

13.根据权利要求11或12所述的光刻装置，其中该致动器用于使用相位控制相对位置的一个方向，该方向相当于空间周期对准结构的光学性质周期性改变的方向，其中使幅值最大的所述相位位置范围沿基底上两个方向分布。

14.根据权利要求11到13其中任何一个所述的光刻装置，其中该致动器用于使用相位控制相对位置的一个方向，所述一个方向与空间周期对准结构的光学性质周期改变的方向相同，使幅值最大的相对位置范围分布在与所述方向垂直的另一方向。

15.根据权利要求11所述的光刻装置，其中该致动器用于使用相位控制相对位置的第一方向，该致动器用于使用通过光学性质在第二方向空间周期性改变的另一空间周期对准结构得到的相栅对准测量确定的另一相位，控制相对位置的第二方向，幅值探测器用于根据空间周期对准结构和另一空间周期对准结构，确定以分别垂直于第一和第二方向的方向中基底台与构图部件的相对位置为函数的测量光强度周期变化的幅值信息，所述搜索包括搜索使对于分别垂直于第一和第二方向的方向中空间周期对准结构和另一空间周期对准结构确定为幅值最大的位置。

16.根据权利要求11到15其中任何一个所述的光刻装置，其中该光学干涉结构用于有选择地测量被对准结构沿与一对相反非零衍射级相应的方向衍射的测量光的强度信息。

17.根据权利要求11到16其中任何一个所述的光刻装置，其中该光学干涉结构包括：

-具有空间周期性改变的反射和/或透射特性的参考结构；

-在基底与参考结构之间产生成像关系的成像元件，当成像在参考结构上时，该参考结构的周期与对准结构的周期相同，探测器测量反射和/或透射参考结构与对准结构的测量光的强度信息。

18.一种装置制造方法，包括步骤：

-提供至少部分复盖有光敏材料层的基底(W)，该基底(W)包括光学性质空间改变的对准结构(10)；

-使用构图部件(MA)，使辐射的投影光束的横截面中具有一定图案；

-相对构图部件(MA)对准基底(W)，所述对准包括：

-将基底(W)放置在光学装置(20，24，26)中，对对准结构(10)反射或透射的光进行光学处理，产生强度随空间周期对准结构(10)的相对位置和相对构图部件(MA)定义的参考位置而变化的测量光；

-测量所述测量光的强度和/或相位信息；

-根据强度和/或相位信息控制基底(W)与构图部件(MA)的相对位置；以及

-将带图案的辐射光束投影到光敏材料层的靶部上，其特征在于：

使用包括可检测为捕获位置或检验位置的非周期特征的对准结构(10)，相对构图部件(MA)对准基底(W)。

19.根据权利要求18所述的装置制造方法，其中该非周期特征(15)包括所检测到的测量光相位信息的相移。

20.根据权利要求19所述的装置制造方法，其中通过改变对准结构(10)的线条或间隔其中之一的宽度在对准结构(10)两部分(11，12)之间产生的相移，形成所述非周期特征(15)。

21.根据权利要求19所述的装置制造方法，其中该光学干涉结构包括一参考光栅(26)，非周期特征(15)包括从对准结构(10)分别具有第一周期和第二周期的第一部分(11)到第二部分(12)的转变，其中第一和第二周期分别低于和高于参考光栅的周期，

其中根据所产生的测量光斜率相位信息检测捕获位置或检验位置。

22.根据权利要求19所述的装置制造方法，其中该对准结构(10)包括按照下式与位置有关的周期变化：

$\mathrm{\&Delta;}\left(x\right)=\frac{\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{L}x\right)-1}{x}$

其中Δ(x)为与位置有关的周期变化，x为沿对准结构方向的位置，L为对准结构(10)的长度，在该长度上相位应该改变，根据获得的测量光正弦形状相位信息检测捕获位置或检验位置。

23.根据权利要求18所述的装置制造方法，其中非周期特征(15)包括所检测到的测量光强度信息中强度的空间依赖性。

24.根据权利要求23所述的装置制造方法，其中非周期特征(15)包括对准结构(10)的有限尺寸，并且根据测量光强度的包络检测出捕获位置或检验位置。

25.根据权利要求24所述的装置制造方法，其中对准结构(10)在第一方向具有第一尺寸，在第二方向具有第二尺寸，其中所述第二方向大体垂直于所述第一方向，并且所述非周期特征(15)为对准结构(10)的第一和/或第二尺寸。

26.根据权利要求23所述的装置制造方法，其中由对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变形成非周期特征(15)，所述第一部分(11)的周期为Xμm，所述第二部分(12)的周期为X/nμm，n为整数，并且根据测量光第n级衍射光的强度变化检测出捕获位置或检验位置。

27.根据权利要求23所述的装置制造方法，其中由对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变形成非周期特征(15)，所述第一部分(11)具有线与间隔的第一占空比值，所述第二部分(12)具有线与间隔的第二占空比值，并且根据测量光强度变化检测出捕获位置或检验位置。

28.根据权利要求18所述的装置制造方法，还包括步骤：

-针对包括基底上互相不重叠可用区域处相对位置在内的对测量光有贡献的连续相对位置，检测测量光强度；

-确定测量光强度的周期性变化幅值信息；

-在可用区域中搜索使所述幅值信息最大的最佳相对位置；

-使用该最佳相对位置选择测量区域，从中使用测量光确定相位。

29.根据权利要求28所述的装置制造方法，包括步骤：

-用频率选择滤波器对于检测到的以位置为函数的强度信息进行过滤，有选择地通过频率与对准结构相同的与位置有关的强度信息改变，并且

-根据滤波信号确定幅值信息。

30.根据权利要求28所述的装置制造方法，其中使用相位控制相对位置的一个方向，所述一个方向与空间周期对准结构的光学性质周期性改变的方向相同，所述其中幅值最大的相对位置范围分布在与所述方向垂直的另一方向中。

31.根据权利要求28所述的装置制造方法，其中使用相位控制相对位置的第一方向，使用通过沿第二方向光学性质周期性改变的另一空间周期对准结构由相栅对准测量控制相对位置的第二方向，根据空间周期对准结构和另一空间周期对准结构，确定以基底台和构图部件在分别与所述第一和第二方向垂直的方向中的相对位置为函数的测量光强度的周期性变化幅值信息，所述搜索包括搜索使空间周期对准结构和另一空间周期对准结构在分别与所述第一和第二方向垂直的方向中确定的幅值最大的位置。

32.根据权利要求28到3 1其中任何一个所述的装置制造方法，其中对准结构沿一个周期方向空间周期可变，使用相位控制相对位置的一个方向，所述一个方向与所述一个周期方向相同，其中幅值最大的连续相对位置的范围分布在基底上两个方向中。

33.根据权利要求28到32其中任何一个所述的装置制造方法，包括测量与一对相反非零衍射级相应的选定方向中被对准结构衍射的测量光的强度信息。

34.根据权利要求28到33其中任何一个所述的装置制造方法，其中光学干涉结构包括在基底与具有空间周期性改变反射和/或透射特性的参考结构之间产生成像关系的成像元件，当成像在参考结构上时，该参考结构的周期与对准结构的周期相同，该方法包括根据参考结构和对准结构反射和/或透射的测量光测量强度信息。

35.使用光学测量如干涉测量，相对参考位置对准工件的对准结构，该对准结构(10)包括至少一个具有多个具有预定周期的周期性相邻线条和间隔的相栅标记，其特征在于该对准结构(10)包括非周期特征(15)。

36.根据权利要求35所述的对准结构，其中通过改变对准结构(10)线条与间隔之一的宽度，在对准结构(10)的两部分(11，12)之间产生相移，形成非周期特征(15)。

37.根据权利要求35所述的对准结构，其中该非周期特征(15)包括从分别具有第一周期与第二周期的对准结构(10)第一部分(11)到第二部分(12)的转变，第一和第二周期分别低于和高于参考光栅的周期。

38.根据权利要求35所述的对准结构，其中该对准结构(10)包括按照下式与位置有关的周期变化：

$\mathrm{\&Delta;}\left(x\right)=\frac{\cos \left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{L}x\right)-1}{x}$

其中Δ(x)为与位置有关的周期变化，x为沿对准结构方向的位置，L为对准结构(10)的长度，在该长度上相位应该改变。

39.根据权利要求35所述的对准结构，其中通过从对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变，形成非周期特征(15)，所述第一部分(11)的周期为Xμm，所述第二部分(12)的周期为X/nμm，n为整数。

40.根据权利要求35所述的对准结构，其中通过从对准结构(10)第一部分(11)到对准结构(10)第二部分(12)的转变，形成非周期特征(15)，所述第一部分(11)具有线条与间隔的第一占空度，所述第二部分(12)具有线条与间隔的第二占空度。

41.用于制备工件的基底，其中基底(W)具有根据权利要求35到40其中之一所述的对准结构(10)。

42.一种光刻装置，包括：

-构图部件，用于根据所需图案投射辐射投射光束；

-用于支撑基底(W)的基底台(WT)，其上具有对准结构(10)，该对准结构(10)具有空间周期性光学性质；以及

-对准子系统(21)，用于相对构图部件对准基底台(WT)上的基底(W)，该对准子系统(21)包括：

-对反射或透过对准结构(10)的光进行光学处理的光学装置(20，24，26)，产生其强度随空间周期对准结构(10)的相对位置和相对构图部件定义的参考位置而变的测量光；

-与光学干涉结构相连，用于测量测量光强度和/或相位信息的光学干涉结构；

-致动器(PW)，用于根据测量光的强度和/或相位信息控制基底台(WT)与构图部件的相对位置，

其特征在于：

该对准子系统(21)还用于使用对准结构上形成的可检测为捕获位置或检验位置的非周期特征(15)。

43.根据权利要求42所述的光刻装置，其中该对准结构是根据权利要求35到40其中之一所述的对准结构。

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