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CN116157745A - 基于多模式干涉的光谱量测系统和光刻设备 - Google Patents

基于多模式干涉的光谱量测系统和光刻设备 Download PDF

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CN116157745A
CN116157745A CN202180060650.3A CN202180060650A CN116157745A CN 116157745 A CN116157745 A CN 116157745A CN 202180060650 A CN202180060650 A CN 202180060650A CN 116157745 A CN116157745 A CN 116157745A
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scattered radiation
lithographic apparatus
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M·斯威拉姆
J·L·克勒泽
S·鲁
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ASML Holding NV
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Abstract

一种量测系统包括：辐射源、光学元件、第一检测器及第二检测器、包括多模波导的集成式光学装置、以及处理器。辐射源产生辐射。光学元件朝向目标引导辐射以产生来自目标的散射辐射。第一检测器接收散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号。多模波导使用多模波导的模式干涉散射辐射的第二部分。第二检测器接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号。处理器接收第一检测信号和第二检测信号。处理器对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及多模波导的传播特性执行分析。处理器基于所述分析确定目标的特性。

Description

基于多模式干涉的光谱量测系统和光刻设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年7月16日递交的美国临时专利申请号63/052，651的优先权，该美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及量测系统，例如用于确定光刻设备中的衬底上的特征的位置的对准传感器。
背景技术
光刻设备是将期望的图案施加至衬底上，通常施加至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)。在那种情况下，可替代地称作掩模或掩模版的图案形成装置可以用于产生待形成于IC的单层上的电路图案。此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、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像至设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上而进行图案的转移。一般而言，单一衬底将包含连续地图案化的相邻目标部分的网格。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，在该步进器中，通过将整个图案一次曝光至目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描仪，在该扫描仪中，通过在给定方向(“扫描”方向)上的辐射束扫描图案的同时平行或反向平行于该扫描方向同步地扫描目标部分来照射每个目标部分。还有可能通过将图案压印至衬底上而将图案从图案形成装置转移至衬底。
在光刻操作期间，不同的处理步骤可能要求不同的层依次形成于衬底上。因此，可能有必要以高准确度相对于形成于衬底上的先前图案来定位衬底。通常，将对准标记放置于待对准的衬底上并且参考第二目标来定位对准标记。光刻设备可以使用对准设备来检测对准标记的位置，并且使用对准标记来对准衬底以确保来自掩模的精确曝光。两个不同层处的对准标记之间的对准不良被测量为重叠(OV)误差。
为了监测光刻过程，测量经图案化的衬底的参数。例如，参数可以包括形成于经图案化的衬底中或上的连续层之间的OV误差，以及经显影的感光抗蚀剂的临界线宽。可以对产品衬底和/或对专用测量目标执行此测量。存在用于对在光刻过程中形成的微观结构进行测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜及各种特殊化工具。特殊化检验工具的快速且非侵入性形式是散射仪，其中，将辐射束引导至衬底表面上的目标上，并且测量散射或反射束的特性。通过将束的在该束已经由衬底反射或散射之前的特性与该束的在该束已经由衬底反射或散射之后的特性进行比较，可以确定衬底的特性。例如，可以通过比较反射束与存储于与已知的衬底特性相关联的已知的测量库中的数据而进行此确定。光谱散射仪将宽带辐射束引导至衬底上并且测量散射至特定窄角度范围中的辐射的光谱(随波长而变化的强度)。相比之下，角度分辨散射仪使用单色辐射束及测量随角度而变化的散射辐射的强度。
此类光学散射仪可以用于测量参数，诸如经显影的感光抗蚀剂的临界尺寸或在形成于经图案化的衬底中或上的两个层之间的OV误差。可以通过将照射束的在该照射束已经由衬底反射或散射之前的特性与该照射束的在该照射束已经由衬底反射或散射之后的特性进行比较来确定衬底的特性。
为了将OV误差的量值最小化，应该高度准确地测量特征的在衬底上的位置。为此，将众多目标印刷于衬底上，然后在光刻过程期间数次使用多种波长对该众多目标进行测量。增大所测量的目标的数目会增强对特征的在衬底上的位置感知。然而，还期望快速执行测量以便提高大量制造的速率。可以同时测量多种波长的现有的量测解决方案倾向于较大的、具有大致约为米级的尺寸。较大的量测系统占据否则可以由光刻设备使用以增加大量制造输出的占据面积。
发明内容
因此，期望开发能够在所有期望的波长下测量目标的同时还提供比现有的量测系统更小的占据面积的高生产量的量测系统。
在一些实施例中，一种量测系统包括：辐射源、光学元件、第一检测器和第二检测器、包括多模波导的集成式光学装置、以及处理器。所述辐射源被配置为产生辐射。所述光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射。所述第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号。所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射的第二部分。所述第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号。所述处理器被配置为接收所述第一检测信号和第二检测信号。所述处理器被进一步配置为对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导的传播特性执行分析。所述处理器被进一步配置为基于所述分析确定所述目标的特性。
在一些实施例中，一种光刻设备包括：照射系统、投影系统和量测系统。所述量测系统包括：辐射源、光学元件、第一检测器和第二检测器、多模波导装置、以及处理器。所述照射系统被配置为照射图案形成装置的图案。所述投影系统被配置为将所述图案的图像投影至衬底上。所述辐射源被配置为产生辐射。所述光学元件被配置为朝向所述衬底上的目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射。所述第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号。所述多模波导装置被配置为使用所述多模波导装置的模式干涉所述散射辐射的第二部分。所述第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号。所述处理器被配置为接收所述第一检测信号和第二检测信号。所述处理器被进一步配置为对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导装置的传播特性执行分析。所述处理器被进一步配置为基于所述分析确定目标的特性。
在一些实施例中，一种量测系统包括：辐射源、光学元件、包括多模波导的集成式光学装置、检测器、以及处理器。所述辐射源被配置为产生辐射。所述光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射。所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射。所述检测器被配置为接收经干涉的散射辐射并且基于所接收的经干涉的散射辐射产生检测信号。所述处理器被配置为接收所述检测信号。所述处理器被进一步配置为基于所接收的经干涉的散射辐射及所述多模波导的传播特性执行分析。所述处理器被进一步配置为基于所述分析确定所述目标的特性。
下文参考附图详细地描述本发明的另外特征以及各种实施例的结构及操作。注意，本发明不限于本文中描述的特定实施例。本文仅出于说明性目的呈现此类实施例。基于本文中包含的教示，额外的实施例对于相关领域的技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
并入本文中并形成本说明书的一部分的附图说明本发明，并且连同描述进一步用于解释本发明的原理并且使本领域技术人员能够制造及使用本文中描述的实施例。
图1A示出根据一些实施例的反射型光刻设备的示意图。
图1B示出根据一些实施例的透射型光刻设备的示意图。
图2示出根据一些实施例的反射型光刻设备的更详细的示意图。
图3示出根据一些实施例的光刻单元的示意图。
图4A和图4B示出根据一些实施例的检查设备的示意图。
图5示出根据一些实施例的量测系统。
根据下文结合附图所阐述的详细描述，本发明的特征将变得更显而易见，在附图中，相同的附图标记贯穿全文标识对应的部件。在附图中，相同的附图标记通常指示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。此外，通常，附图标记的一个或更多个最左侧数字标识首次出现该附图标记的附图。除非另有指示，否则贯穿本发明提供的附图不应解释为按比例绘制的。
具体实施方式
本说明书披露了包括本发明的特征的一个或更多个实施例。所披露的(多个)实施例被提供为示例。本发明的范围不限于所披露的(多个)实施例。所要求保护的特征由随附的权利要求限定。
虽然所描述的(多个)实施例及本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的参考指示所描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可能不一定包括特定特征、结构或特性。此外，此类词组不一定指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应当理解的是，无论是否明确地描述，结合其它实施例来实现此类特征、结构或特性都在本领域技术人员的知识范围内。
为了易于描述，本文中可以使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“在……之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如附图中示出的一个元件或特征与另一个(多个)元件或(多个)特征的关系。除了附图中描绘的定向之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)并且本发明中使用的空间相对描述词可以同样相应地进行解释。
如本文中使用的术语“约”指示可以基于特定技术而变化的给定数量的值。基于特定技术，术语“约”可以指示例如在值的10％至30％内(例如，值的±10％、±20％或±30％)变化的给定数量的值。
本发明的实施例可以实施于硬件、固件、软件或其任何组合中。本发明的实施例还可以被实施为存储于机器可读介质上的指令，所述指令可以由一个或更多个处理器读取及执行。机器可读介质可以包括用于存储或传输呈可以由机器(例如，计算装置)读取的形式的信息、的任何机构。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取内存(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存装置；电学、光学、声学或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例程和/或指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应该明白的是，此类描述仅是为了方便起见，并且此类动作实际上是由计算装置、处理器、控制器或执行固件、软件、例程、指令等的其它装置引起的。
然而，在更详细地描述此类实施例之前，具有指导性的是呈现本发明的实施例可以在其中实施的示例环境。
示例性光刻系统
图1A和图1B分别示出光刻设备100和光刻设备100’的示意图，在光刻设备100和光刻设备100’中可以实施本发明的实施例。光刻设备100和光刻设备100’分别包括以下各项：照射系统(照射器)IL，该照射系统被配置为调节辐射束B(例如，深紫外或极紫外辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，该支撑结构被配置为支撑图案形成装置(例如，掩模、掩模版或动态图案形成装置)MA并且连接至被配置为准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；以及衬底台(例如，晶片台)WT，该衬底台被配置为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接至被配置为准确地定位衬底W的第二定位器PW。光刻设备100和100’还具有投影系统PS，该投影系统被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分(例如，包括一个或更多个管芯)C上。在光刻设备100中，图案形成装置MA和投影系统PS是反射型的。在光刻设备100’中，图案形成装置MA和投影系统PS是透射型的。
照射系统IL可以包括用于引导、成型或控制辐射束B的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、折射反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件或其任何组合。
支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA相对于参考框架的定向、光刻设备100和100’中的至少一个的设计及诸如图案形成装置MA是否保持于真空环境中的其它条件的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT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MA。例如，支撑结构MT可以是框架或台，该框架或台可视需要而固定或者可移动。通过使用传感器，支撑结构MT可以确保图案形成装置MA例如相对于投影系统PS处于期望的位置。
术语“图案形成装置”MA应该被广义地解释为指可以用于在辐射束B的横截面中向该辐射束赋予图案以便在衬底W的目标部分C中产生图案的任何装置。被赋予辐射束B的图案可以对应于产生于目标部分C中以形成集成电路的装置中的特定功能层。
术语“检查设备”、“量测设备”等可以在本文中用于指例如用于测量结构的特性(例如，OV误差、临界尺寸参数)或用于光刻设备中以检查晶片的对准的装置(例如，对准设备)或系统。
图案形成装置MA可以是透射型的(如在图1B的光刻设备100’中)或反射型的(如在图1A的光刻设备100中)。图案形成装置MA的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列及可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元式、交替相移式或衰减相移式的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵配置，该小反射镜中的每一个都可以独立地倾斜，以便在不同方向上反射入射辐射束。倾斜的反射镜在由小反射镜的矩阵反射的辐射束B中赋予图案。
术语“投影系统”PS可以涵盖如适于所使用的曝光辐射或适于诸如衬底W上的浸没液体的使用或真空的使用的其它因素的任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、折射反射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统，或其任何组合。真空环境可以用于EUV或电子束辐射，这是因为其它气体可能吸收过多的辐射或电子。因此，可以借助于真空壁及真空泵将真空环境提供至整个束路径。
光刻设备100和/或光刻设备100’可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台WT(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在此类“多平台”机器中，可以并行地使用额外的衬底台WT，或可以对一个或更多个平台进行预备步骤的同时，将一个或更多个其它衬底台WT用于曝光。在一些情形下，额外的平台可以不是衬底台WT。
光刻设备还可以是以下类型：其中，衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。还可以将浸没液体施加至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众所周知地用于增大投影系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸没于液体中，而是仅意味着液体在曝光期间位于投影系统与衬底之间。
参看图1A和图1B，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当源SO是准分子激光器时，源SO和光刻设备100、100’可以是分立的物理实体。在此类情况下，不认为源SO形成光刻设备100或100’的一部分，并且辐射束B是借助于包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递系统BD(在图1B中)而从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如，当源SO是汞灯时，源SO可以是光刻设备100、100’的组成部分。如有必要，源SO和照射器IL连同束传递系统BD可以被称作辐射系统。
照射器IL可以包括用于调整辐射束的角度强度分布的调整器AD(在图1B中)。通常，可以调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别被称作“σ外部”及“σ内部”)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件(在图1B中)，诸如积光器IN和聚光器CO。照射器IL可以用于调节辐射束B以在该辐射束的横截面中具有期望的均一性及强度分布。
参考图1A，辐射束B入射于被保持于支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由图案形成装置MA图案化。在光刻设备100中，从图案形成装置(例如，掩模)MA反射辐射束B。在从图案形成装置(例如，掩模)MA反射之后，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将辐射束B聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF2(例如，干涉装置、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT(例如，以便使不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中)。类似地，第一定位器PM和另一个位置传感器IF1可以用于相对于辐射束B的路径准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。
参考图1B，辐射束B入射于被保持于支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且由图案形成装置图案化。在已经横穿掩模MA的情况下，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统将束聚焦至衬底W的目标部分C上。投影系统具有与照射系统光瞳IPU共轭的共轭光瞳PPU。辐射的多个部分从在照射系统光瞳IPU处的强度分布发散并且横穿掩模图案而不受掩模图案处的衍射的影响，并且产生在照射系统光瞳IPU处的强度分布的图像。
投影系统PS将掩模图案MP的图像投影至涂覆于衬底W上的光阻层上，其中，所述图像是由衍射束形成的，所述衍射束是通过来自强度分布的辐射而从标记图案MP产生的。例如，掩模图案MP可以包括线和空间的阵列。在阵列处并且不同于零阶衍射的辐射的衍射产生转向衍射束，该转向衍射束在垂直于线的方向上改变方向。非衍射束(即，所谓的零阶衍射束)横穿图案，而传播方向没有任何改变。零阶衍射束横穿投影系统PS的在投影系统PS的共轭光瞳PPU上游的上部透镜或上部透镜组，以到达共轭光瞳PPU。强度分布的在共轭光瞳PPU的平面中并且与零阶衍射束相关联的一部分是照射系统IL的照射系统光瞳IPU中的强度分布的图像。孔径装置PD例如安置于包括投影系统PS的共轭光瞳PPU的平面处或基本上位于该平面处。
投影系统PS被配置为借助于透镜或透镜组L不仅捕获零阶衍射束，而且捕获一阶和更高阶衍射束(未示出)。在一些实施例中，可以使用用于使在垂直于线的方向上延伸的线图案成像的偶极照射，以利用偶极照射的分辨率提升效应。例如，一阶衍射束在晶片W的水平处干涉对应的零阶衍射束，而以最高可能的分辨率和过程窗口(即，与可容许的曝光剂量偏差结合的可用焦深)产生线图案MP的图像。在一些实施例中，可以通过在照射系统光瞳IPU的相反象限中提供辐射极(未示出)来减小散光像差。另外，在一些实施例中，可以通过阻碍投影系统的共轭光瞳PPU中的与相反象限中的辐射极相关联的零阶束来减小散光像差。以全文引用的方式并入本文中的于2009年3月31日发布的US 7,511，799 B2中更详细地描述了上述方案。
借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉装置、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT(例如，以便使不同的目标部分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在扫描期间)第一定位器PM和另一个位置传感器(图1B中未示出)可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位掩模MA。
一般而言，可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现掩模台MT的移动。类似地，可以使用形成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT的移动。在步进器(相对于扫描仪)的情况下，掩模台MT可以仅连接至短行程致动器或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA与衬底W。尽管衬底对准标记(如所示出)占据专用目标部分，但是所述标记可以位于目标部分(被称为划线对准标记)之间的空间中。类似地，在一个以上的管芯设置于掩模MA上的情形中，掩模对准标记可以位于管芯之间。
掩模台MT和图案形成装置MA可以处于真空室V中，其中，真空内机器人IVR可以用于将诸如掩模的图案形成装置移入及移出真空室。替代地，当掩模台MT和图案形成装置MA在真空室外部时，类似于真空内机器人IVR，真空外机器人可以用于各种运输操作。需要校准真空内及真空外机器人两者以用于任何有效负载(例如，掩模)至转移站的固定运动安装台的平滑转移。
光刻设备100和100’可以用于以下模式中的至少一个模式中：
1.在步进模式中，在将赋予辐射束B的整个图案一次投影至目标部分C上时，支撑结构(例如，掩模台)MT及衬底台WT基本上保持静止(即，单次静态曝光)。然后，衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得可以曝光不同的目标部分C。
2.在扫描模式中，在将赋予辐射束B的图案投影至目标部分C上时，同步扫描支撑结构(例如，掩模台)MT及衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性确定衬底台WT相对于支撑结构(例如，掩模台)MT的速度及方向。
3.在另一模式中，在将赋予辐射束的图案投影至目标部分C上时，支撑结构(例如，掩模台)MT基本上保持静止以保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描衬底台WT。可以采用脉冲式辐射源SO，并且在衬底台WT的每次移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间视需要更新可编程图案形成装置。此操作模式可以易于应用于利用诸如可编程反射镜阵列的可编程图案形成装置的无掩模光刻。
还可以采用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。
在另一个实施例中，光刻设备100包括极紫外(EUV)源，该极紫外源被配置为产生用于EUV光刻的EUV辐射束。一般而言，EUV源被配置于辐射系统中，并且对应的照射系统被配置为调节EUV源的EUV辐射束。
图2更详细地示出光刻设备100，该光刻设备包括源收集器设备SO、照射系统IL和投影系统PS。源收集器设备SO被构造和配置为使得可以将真空环境维持于源收集器设备SO的围封结构220中。可以通过放电产生等离子体源形成EUV辐射发射等离子体210。可以通过气体或蒸汽(例如，Xe气体、Li蒸汽或Sn蒸汽)产生EUV辐射，其中，产生极热等离子体210以发射在电磁光谱的EUV范围内的辐射。例如，通过造成至少部分离子化等离子体的放电产生极热等离子体210。为了辐射的高效产生，可以使用例如10Pa的分压的Xe、Li、Sn蒸汽或任何其它合适的气体或蒸汽。在一些实施例中，提供经激发的锡(Sn)的等离子体以产生EUV辐射。
由热等离子体210发射的辐射经由定位于源室211中的开口中或后方的可选的气体阻挡件或污染物阱230(在一些情况下，还被称作污染物阻挡件或箔片阱)而从源室211传递至收集器室212中。污染物阱230可以包括通道结构。污染物阱230还可以包括气体阻挡件或气体阻挡件与通道结构的组合。本文中进一步指示的污染物阱或污染物阻挡件230至少包括通道结构。
收集器室212可以包括辐射收集器CO，该辐射收集器可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器CO具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。横穿收集器CO的辐射可以从光栅光谱滤波器240反射以聚焦于虚源点IF中。虚源点IF通常被称作中间焦点，并且源收集器设备被布置为使得中间焦点IF位于围封结构220中的开口219处或附近。虚源点IF是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤波器240尤其用于抑制红外线(IR)辐射。
随后，辐射横穿照射系统IL，该照射系统可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，所述琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224被布置为提供辐射束221的在图案形成装置MA处的期望的角度分布，以及辐射强度的在图案形成装置MA处的期望的均一性。在由支撑结构MT保持的图案形成装置MA处反射辐射束221之后形成经图案化的束226，并且通过投影系统PS使经图案化的束226经由反射元件228、229成像至由晶片平台或衬底台WT保持的衬底W上。
通常，比所示出的元件多的元件可以存在于照射光学器件单元IL和投影系统PS中。依赖于光刻设备的类型，可选地存在光栅光谱滤波器240。此外，可以存在比图2中所示的反射镜更多的反射镜，例如，在投影系统PS中可以存在比图2中所示的反射元件多一至六个的额外的反射元件。
如图2中示出的收集器光学件CO被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的巢状收集器，巢状收集器仅作为收集器(或收集器反射镜)的示例。掠入射反射器253、254和255被设置为围绕光学轴线O轴向地对称，并且此类型的收集器光学件CO优选地与经常被称为DPP源的放电产生等离子体源组合使用。
示例性光刻单元
图3示出根据一些实施例的光刻单元300，有时还被称作光刻元(lithocell)或簇。光刻设备100或100’可以形成光刻单元300的一部分。光刻单元300还可以包括一个或更多个设备以在衬底上执行曝光前过程和曝光后过程。通常，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于使经曝光抗蚀剂显影的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底、在不同过程设备之间移动所述衬底并且将所述衬底传递至光刻设备100或100’的进料台LB。这些经常统称作涂覆显影系统的装置由涂覆显影系统控制单元TCU控制，该涂覆显影系统控制单元自身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作以使生产量和处理效率最大化。
示例性量测系统
为了控制用于将装置特征准确放置于衬底上的光刻过程，通常在衬底上设置对准标记，并且光刻设备包括一个或更多个对准设备和/或系统，必须通过所述对准设备和/或系统来准确地测量衬底上的标记的位置。这些对准设备实际上是位置测量设备。不同类型的标记和不同类型的对准设备和/或系统已知来自不同的时间和不同的制造商。广泛用于当前光刻设备中的系统的类型是基于如美国专利第6,961,116号(den Boef等人)中描述的自参考干涉计。一般而言，分别测量标记以获得X位置及Y位置。然而，可以使用美国公开案第2009/195768A号(Bijnen等人)中描述的技术来执行组合的X测量及Y测量。二者的这些发明的全部内容都以引用的方式并入本文中。
图4A示出根据一些实施例的可以实施为光刻设备100或100’的一部分的量测系统400的横截面图的示意图。在一些实施例中，量测系统400可以被配置为相对于图案形成装置(例如，图案形成装置MA)对准衬底(例如，衬底W)。量测系统400可以被进一步配置为检测衬底上的对准标记的位置并且使用对准标记的所检测位置相对于光刻设备100或100’的图案形成装置或其它部件对准衬底。衬底的此类对准可以确保衬底上的一个或更多个图案的准确曝光。
在一些实施例中，量测系统400可以包括照射系统412、分束器414、干涉计426、检测器428、束分析器430和OV计算处理器432。照射系统412可以被配置为提供具有一个或更多个通带的电磁窄带辐射束413。在示例中，一个或更多个通带可以在约500nm至约900nm之间的波长的光谱内。在另一个示例中，一个或更多个通带可以是在约500nm至约900nm之间的波长的光谱内的离散窄通带。照射系统412可以被进一步配置为提供在长时段内(例如，在照射系统412的使用寿命内)具有基本上恒定的中心波长(CWL)值的一个或更多个通带。照射系统412的此类配置可以帮助防止实际CWL值在当前对准系统中从如上文所论述的期望的CWL值偏离。并且因此，与当前的对准设备相比，恒定CWL值的使用可以改善对准系统(例如，量测系统400)的长期稳定性及准确度。
在一些实施例中，分束器414可以被配置为接收辐射束413并且将辐射束413分束成至少两个辐射子束。例如，辐射束413可以分束成辐射子束415及417，如图4A中所示。分束器414可以被进一步配置为将辐射子束415引导至放置于平台422上的衬底420上。在一个示例中，平台422可以沿着方向424移动。辐射子束415可以被配置为照射位于衬底420上的对准标记或目标418。对准标记或目标418可以涂覆有辐射敏感膜。在一些实施例中，对准标记或目标418可以具有一百八十度(即，180°)对称性。即，当对准标记或目标418围绕垂直于对准标记或目标418的平面的对称轴线旋转180°时，经旋转的对准标记或目标418可以与未经旋转的对准标记或目标418基本上相同。衬底420上的目标418可以是：(a)包括由固体抗蚀剂线形成的条形物的抗蚀剂层光栅，或(b)产品层光栅，或(c)包括覆盖或交错于产品层光栅上的抗蚀剂光栅的OV目标结构中的复合光栅叠层。所述条形物可替代地被蚀刻至衬底中。此图案对光刻投影设备(特别是投影系统PL)中的彩色像差敏感，并且照射对称性及这些像差的存在将使其自身显现为经印刷的光栅的变化。用于器件制造中以测量线宽、间距及临界尺寸的一种内联方法利用被称为“散射测量”的技术。在Raymond等人的“使用光学散射测量的多参数光栅量测(Multiparameter Grating Metrology Using OpticalScatterometry)”J.Vac.Sci.Tech.B，第15卷，第2号，第361至368页(1997年)及Niu等人的“DUV光刻中的反射光谱散射测量(Specular Spectroscopic Scatterometry in DUVLithography)”SPIE，第3677卷(1999年)中描述了散射测量的方法，上述文献的全部内容以引用的方式并入本文中。在散射测量中，光由目标中的周期性结构反射，并且检测呈给定角度的所得到的反射光谱。例如使用严格耦合波分析(RCWA)或通过与由仿真导出的图案库进行比较来重构产生反射光谱的结构。因此，经印刷的光栅的散射测量数据用于重构光栅。根据对印刷步骤和/或其它散射测量过程的了解，可以将光栅的参数(诸如线宽及形状)输入至由处理单元PU执行的重构过程。
在一些实施例中，根据实施例，分束器414可以被进一步配置为接收衍射辐射束419并且将衍射辐射束419分束成至少两个辐射子束。衍射辐射束419可以分束成衍射辐射子束429及439，如图4A中所示。
应该注意的是，尽管分束器414被示出为朝向对准标记或目标418引导辐射子束415并且朝向干涉计426引导衍射辐射子束429，但是本发明不限于此。对于本领域技术人员将显而易见的是，其它光学配置可以用于获得照射衬底420上的对准标记或目标418以及检测对准标记或目标418的图像的类似结果。
如图4A中示出的，干涉计426可以被配置为经由分束器414接收辐射子束417和衍射辐射子束429。在示例性实施例中，衍射辐射子束429可以是可以从对准标记或目标418反射的辐射子束415的至少一部分。在此实施例的示例中，干涉计426包括任何适当的一组光学元件，例如，可以被配置为基于所接收的衍射辐射子束429形成对准标记或目标418的两个图像的棱镜的组合。应该明白的是，虽然不需要形成良好的品质图像，但是应该分辨对准标记418的特征。干涉计426可以被进一步配置为使两个图像中的一个图像相对于两个图像中的另一个图像旋转180°并且以干涉方式重组经旋转的图像及未经旋转的图像。
在一些实施例中，检测器428可以被配置为经由干涉计信号427接收经重组的图像，并且当量测系统400的对准轴线421穿过对准标记或目标418的对称中心(图中未示出)时，检测由经重组的图像引起的干涉。根据示例性实施例，此类干涉可以归因于对准标记或目标418成180°对称，并且经重组的图像建设性地或破坏性地进行干涉。基于检测到的干涉，检测器428可以被进一步配置为确定对准标记或目标418的对称中心的位置并且因此检测衬底420的位置。根据示例，对准轴线421可以与垂直于衬底420的光学束对准且通过图像旋转干涉计426的中心。检测器428可以被进一步配置为通过实施传感器特性并且与晶片标记过程变化相互作用而估计对准标记或目标418的位置。
在另一个实施例中，检测器428通过进行以下测量中的一项或更多项来确定对准标记或目标418的对称中心的位置：
1.测量多个波长的位置变化(多个颜色之间的位置移位)；
2.测量多个阶的位置变化(衍射阶之间的位置移位)；和
3.测量多个偏振的位置变化(偏振之间的位置移位)。
可以例如通过任何类型的对准传感器来获得此数据，例如，如美国专利第6,961，116号中描述的SMASH(智能型对准传感器混合)传感器，SMASH传感器采用具有单个检测器及四个不同波长的自参考干涉计，并且提取软件中的对准信号；或如美国专利第6,297,876号中描述的Athena(使用对准的高阶增强的先进技术)，Athena将七个衍射阶中的每个衍射阶引导至专用检测器，上述美国专利的全部内容都以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，束分析器430可以被配置为接收衍射辐射子束439并且确定衍射辐射子束439的光学状态。光学状态可以是束波长、偏振或束属性的量度。束分析器430可以被进一步配置为确定平台422的位置并且使平台422的位置与对准标记或目标418的对称中心的位置相关。因此，可以参考平台422准确地知晓对准标记或目标418的位置，并且因此知晓衬底420的位置。替代地，束分析器430可以被配置为确定量测系统400或任何其它参考元件的位置，使得可以参考量测系统400或任何其它参考元件知晓对准标记或目标418的对称中心。束分析器430可以是具有某种形式的“波长-频带”选择性的点或成像偏振计。在一些实施例中，根据其它实施例，束分析器430可以直接集成至量测系统400中，或经由偏振保持单个模式、多模式或成像的若干类型的光纤连接。
在一些实施例中，束分析器430可以被进一步配置为确定衬底420上的两个图案之间的OV数据。这些图案中的一个图案可以是参考层上的参考图案。另一个图案可以是经曝光的层上的经曝光的图案。参考层可以是已存在于衬底420上的经蚀刻层。参考层可以由通过光刻设备100和/或100’曝光于衬底上的参考图案产生。经曝光的层可以是邻近于参考层而曝光的抗蚀剂层。经曝光的层可以由通过光刻设备100或100’曝光于衬底420上的曝光图案产生。衬底420上的经曝光的图案可以对应于通过平台422进行的衬底420的移动。在一些实施例中，测得的OV数据还可以指示参考图案与曝光图案之间的偏移。测得的OV数据可以用作校准数据以校准由光刻设备100或100’曝光的曝光图案，使得在校准之后，经曝光的层与参考层之间的偏移可以最小化。
在一些实施例中，束分析器430可以被进一步配置为确定衬底420的产品叠层属性的模型，并且可以被配置为在单次测量中测量目标418的OV、临界尺寸及焦点。产品叠层属性包含关于诸如对准标记、目标418或衬底420的叠层产品的信息，并且可以包括随照射变化而变化的标记过程变化诱发的光学标记量测。产品叠层属性还可以包括产品光栅属性、标记叠层属性及标记不对称性信息。束分析器430的示例为如美国专利第8,706,442号中描述的由荷兰维德霍温的ASML公司制造的YieldstarTM，该专利的全部内容以引用的方式并入本文中。束分析器430可以被进一步配置为处理与所述层中的经曝光的图案的特定特性相关的信息。例如，束分析器430可以处理层中的所描绘图像的OV参数(层相对于衬底上的先前层的定位精确度或第一层相对于衬底上的标记的定位精确度的指示)、焦点参数和/或临界尺寸参数(例如，线宽及其变化)。其它参数为与经曝光的图案的所描绘图像的品质相关的图像参数。
在一些实施例中，检测器阵列(未示出)可以连接至束分析器430，并且允许存在准确的叠层属性检测的可能性，如下文所论述的。例如，检测器428可以是检测器阵列。对于检测器阵列，多个选项是可能的：多模光纤束，每通道的离散接脚检测器，或CCD或CMOS(线性)阵列。多模光纤束的使用使得能够出于稳定性原因而远程定位任何耗散元件。离散PIN检测器提供大的动态范围，但分别需要独立的前置放大器。因此，元件的数目受到限制。CCD线性阵列提供可以被高速地读出并且在使用相位步进检测的情况下尤其受到关注的许多元件。
在一些实施例中，第二束分析器430’可以被配置为接收衍射辐射子束429并且确定衍射辐射子束429的光学状态，如图4B中所示。光学状态可以是束波长、偏振或束属性的量度。第二束分析器430’可以与束分析器430相同。替代地，第二束分析器430’可以被配置为至少执行束分析器430的全部功能，诸如确定平台422的位置及使平台422的位置与对准标记或目标418的对称中心的位置相关。因此，可以参考平台422准确地知晓对准标记或目标418的位置以及因此知晓衬底420的位置。第二束分析器430’还可以被配置为确定量测系统400或任何其它参考元件的位置，使得可以参考量测系统400或任何其它参考元件知晓对准标记或目标418的对称中心。第二束分析器430’可以被进一步配置为确定两个图案之间的OV数据及衬底420的产品叠层属性的模型。第二束分析器430’还可以被配置为在单个测量中测量目标418的OV、临界尺寸及焦点。
在一些实施例中，根据其它实施例，第二束分析器430’可以直接集成至量测系统400中，或第二束分析器430’可以经由偏振保持单模式、多模式或成像的若干类型的光纤光学元件连接。替代地，第二束分析器430’和束分析器430可以组合以形成被配置为接收衍射辐射子束429和439两者并且确定衍射辐射子束429和439两者的光学状态的单个分析器(未示出)。
在一些实施例中，处理器432接收来自检测器428和束分析器430的信息。例如，处理器432可以是OV计算处理器。信息可以包括由束分析器430构造的产品叠层属性的模型。替代地，处理器432可以使用所接收的关于产品标记的信息来构造产品标记属性的模型。在任何一种情况下，处理器432使用或结合产品标记属性的模型来构造叠层产品及OV标记属性的模型。然后，使用叠层模型以确定OV偏移并且使对OV偏移测量的光谱效应最小化。处理器432可以基于从检测器428和束分析器430接收的信息产生基本校正算法，该信息包括但不限于照射束的光学状态、对准信号、相关联位置估计以及光瞳平面、图像平面及额外平面中的光学状态。光瞳平面为辐射的径向位置限定入射角并且角度位置限定辐射的方位角的平面。处理器432可以利用基本校正算法以参考晶片标记和/或对准标记418来表征量测系统400。
在一些实施例中，处理器432可以被进一步配置为基于从检测器428和束分析器430接收的信息确定相对于每个标记的传感器估计值的经印刷的图案位置偏移误差。信息、包括但不限于产品叠层属性、衬底420上的每个对准标记或目标418的OV、临界尺寸及焦点的测量值。处理器432可以利用簇算法以将标记分组成多组类似的恒定偏移误差，并且基于该信息产生对准误差偏移校正表。簇算法可以基于OV测量、位置估计及与每组偏移误差相关联的额外的光学叠层过程信息。针对多个不同标记，例如OV目标来计算OV，该OV目标围绕经程序化的OV偏移具有正偏置及负偏置。测量最小OV的目标被视为参考值(这是由于该最小OV以最佳准确度被测量)。根据此测得的较小OV及其对应目标的已知的经程序化的OV，可以推导出OV误差。表1说明可以如何进行此推导。所示出的示例中的测得的最小OV为-1nm。然而，这与具有-30nm的经程序化的OV的目标相关。因此，可以推导出该过程可以引入29nm的OV误差。
Figure BDA0004113793700000181
Figure BDA0004113793700000191
最小值可以被视为参考点，并且对于该最小值，可以计算测得的OV与归因于经程序化的OV而预期的OV之间的偏移。该偏移确定每个标记或具有类似偏移的多组标记的OV误差。因此，在表1的示例中，在具有30nm的经程序化的OV的目标位置处，测得的最小OV为-1nm。将其它目标处的预期OV与测得的OV之间的差与此参考值进行比较。还可以在不同照射设定下从标记及目标418获得诸如表1的表，可以确定及选择导致最小OV误差的照射设定及其对应的校准因子。在此之后，处理器432可以将标记分组成多组类似的OV误差。可以基于不同的过程控制(例如，用于不同的过程的不同的误差容许度)调整用于将标记分组的准则。
在一些实施例中，处理器432可以确认群组的所有或大部分构件具有类似的偏移误差，并且基于其额外的光学叠层量测将来自簇算法的单独偏移校正应用于每个标记。处理器432可以确定对每个标记的校正，并且例如通过将校正馈入至量测系统400中来将校正回馈至光刻设备100或100’以校正OV中的误差。
示例性集成式光谱仪
IC的光刻生产需要不断增大的制造速度及生产量，以及纳米或亚纳米精确度。因此，IC行业需要更快且更准确的测量工具以用于监测光刻过程。情况经常是测量速度的增加会降低精确度，并且反之亦然。例如，可以使用多种波长以增加从测量搜集的信息(更精确)。轻物质相互作用(例如，在半导体结构上的照射)可以依赖于照射的波长/频率而变化。不同的波长响应可以揭露关于经测量结构的额外信息，从而改善测量的准确度。然而，特别是对于依次使用波长的量测系统，使用多种波长可能导致量测系统操作较慢。
为了解决此问题，同时使用波长可以被设计为用于量测系统，例如，使用波长多路复用器或光谱仪。然而，多波长光学硬件可能由于尺寸和复杂度而成为不期望的。多波长系统可能需要较大的占地面积及体积以便容纳所有所需的光学硬件(例如，分束器、光纤、聚焦透镜、光栅等)。占地面积较大的量测系统可能不利地占据厂房设施中的宝贵空间，从而增加生产成本并且减少制造生产量。专用于测量的更多占地面积减少可以专用于制造的占地面积。因此，需要提供快速、准确、紧凑的测量工具。在本发明中的实施例中描述了紧凑、快速且精确的量测系统的结构及功能。
图5示出根据一些实施例的量测系统500。出于明晰的目的，仅示出量测系统500的检测侧设置，同时省略照射源及相关联的光学硬件。在一些实施例中，量测系统500可以使用如针对量测系统400所描述的一个或更多个照射源及相关联的光学硬件(例如，照射系统412，图4A和图4B)。
在一些实施例中，量测系统500包括多模波导502、检测器504及506(也是“第一检测器及第二检测器”)及分束元件508。多模波导502、检测器504及506和/或分束元件508可以实施于衬底(例如，集成式光学装置、光子集成电路)上。多模波导502可以包括半导体材料和/或介电材料(例如，Si基、Ga基或Li基材料等中的任一种)。例如，介电材料可以包括SiN和/或SiO2。分束元件508可以包括反射镜(例如，双色镜)和/或一个或更多个棱镜。
如本文中使用的术语“波导”可以指用于引导辐射的媒介。术语“光纤(fiber/optical fiber)”等可以指充当波导的光纤股线，该光纤具有芯和可选地环绕芯的包层。能够在结构上重排光纤。例如，卷绕成线圈的光纤可以展开以覆盖较大距离。然而，当波导进一步通过诸如“集成式”、“集成式光学器件”、“光子电路”等的术语修饰时，波导将被视为附接至主体结构。不同于光纤股线，集成式光学装置上的波导刚性地附接至集成式光学装置。集成式光学装置上的波导具有不可调整的永久性结构配置。
为了提供相对于量测系统400(图4A和图4B)的元件的位置内容背景，在一些实施例中，多模波导502、检测器504及506和/或分束元件508可以替换检测器428(图4A和图4B)。光学系统510可以包括用于将光照引导至量测系统的不同部分的光学元件。例如，分束器414和/或干涉计426(图4A和图4B)可以包括于光学系统510中。光学系统510可以包括一个或更多个光纤、一个或更多个波导、一个或更多个反射镜等中的任一个。
在一些实施例中，量测系统500可以执行如针对先前所提及的SMASH对准传感器(美国专利第6,961，116号)所描述的光学测量。例如，量测系统500可以采用自参考干涉法技术。另外，量测系统500可以使用光谱技术以增强光学测量。
在一些实施例中，用于量测系统500中的辐射源可以产生辐射。用于量测系统500中的光学元件可以朝向目标51 2引导辐射以产生来自目标512的散射辐射51 4(参见图4A和图4B以及相关联的文本)。光学系统510可以朝向量测系统500的元件，例如朝向分束元件508，引导散射辐射514。分束元件508可以使散射辐射分束以便产生散射辐射514的第一部分516及第二部分518。检测器506可以接收散射辐射514的第一部分516。检测器506可以基于散射辐射514的所接收的第一部分516而产生第一检测信号520。
在一些实施例中，多模波导502可以使用多模波导的多个模式接收散射辐射514的第二部分518。例如，散射辐射514的第二部分518可以在多模波导502的整个输入表面524上分布。输入表面524可以具有对应于多模波导502的不同传播模式的多个区域。多模波导502可以干涉散射辐射514的使用多模波导502的模式传播的第二部分518。检测器506可以在散射辐射514的第二部分518已经经由多模波导502(即，在模式经干涉的情况下)传输之后接收散射辐射514的第二部分518。检测器506可以基于所接收的经干涉的模式产生第二检测信号522。
在一些实施例中，处理器526可以接收第一检测信号和第二检测信号以确定目标的特性。目标的特性可以是目标512的对准位置。在一些实施例中，目标的特性可以是目标512的OV误差和/或临界尺寸。处理器526可以对第一检测信号和第二检测信号执行分析。分析可以包括在检测器504处接收的散射辐射514的第一部分516与对应于在检测器506处接收的散射辐射514的第二部分518的干涉模式的比较。处理器526可以是量测系统500的一部分或与量测系统500通信的另一个设备的一部分。
在一些实施例中，处理器526可以确定在检测器506处接收的照射的随波长变化的空间强度分布。检测器504及506可以是图像捕获装置(例如，摄影机)，该图像捕获装置具有检测器元件(例如，像素)的二维阵列。每个检测器元件可以将其像素信息(例如，检测到的能量强度)添加至对应的检测信号。应该明白的是，任何单个检测器元件都可能无法区分波长并且可能仅传达入射于检测器元件上的所有波长的总强度(即，检测器504及506不对颜色敏感)。然而，下文进一步描述的实施例论述了使用来自检测器504及506的“单色”检测信号的波长解构技术。散射辐射514的第二部分518可以是自干涉的，这是因为多模波导502内的不同模式相互作用。从多模波导502输出的空间强度分布可能由于干涉而具有光斑图案。然后，具有多种波长的来自多模波导502的光斑输出作为图像入射于检测器506的面上。由来自检测器506的第二检测信号携载的信息可以表示具有光斑图案的图像。
在一些实施例中，多模波导502内模式的干扰为高度可重复的过程。因此，处理器526可以被配置为将多模波导502的光斑输出解构成其波长成分。即，在检测器506处检测到的多波长图像可以解构为多个单波长图像。图像可以被显示于量测系统500的用户的屏幕上。允许波长解构的现象位于多模波导502内部。在多模波导502中，模式的干涉对波长敏感。波长解构的一些细节可以见于非专利文献Redding，Brandon等人的“高分辨率及宽带带全光纤光谱计(High-resolution and broadband all-fiber spectrometers)”Optica1.3(2014年)：第175页至180页(在本文中称为“Redding”)和Liew、Seng Fat等人的“宽带带多模光纤光谱计(Broadband multimode fiber spectrometer)”Optics Letters 41.9(2016年)：第2029页至2032页(本文中称为“Liew”)，上述文献的全部内容以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，对波长的敏感性起因于以下事实：光在多模波导内部的传播依赖于光的波长而经受不同的相位延迟，即，折射率相对于波长是可变的。在一些材料在某些波长范围中展现出相对恒定的折射率的情况下，甚至可以通过延长光在多模波导502中行进的时间(例如，增加多模波导502的长度)并且因此加重波长之间的相位延迟差异而利用折射率的最小变化。多模波导502中的电场由等式1表示：
Figure BDA0004113793700000231
此处，指数m表示不同的模式及波长(为了简化起见，波长依赖性被吸收至指数中而非明确地示出为变量)。例如，m＝1可以表示以模式TE00行进的波长λ1，m＝2可以表示以模式TE00行进的波长λ2，m＝3可以表示以模式TE01行进的波长λ1等。Am和
Figure BDA0004113793700000232
分别为第m个模式波长的振幅及初始相位。ψm(x，y)和βm分别表示第m个模式波长的空间属性及传播常数。z坐标表示光传播方向，光传播方向在多模波导502的输入端处可以被视为零并且在多模波导502的输出端处被视为L。x，y坐标表示在垂直于z方向的平面上的位置。可以看出，增加多模波导502的长度L增加在多模波导502的输出端处的相位延迟βmL。空间属性ψm(x，y)还暗示光斑图案(即，由叠加的电场产生的干涉图案)还对偏振以及位置x，y敏感，即，光可以依赖于输入表面524上的入射位置而优选地耦合至多模波导502的特定模式。
在一些实施例中，在检测器506处检测到的光斑图案可以随波长改变而变化。这是由于相位延迟βmL随波长而变化(波长依赖性处于指数m中)。波长的较小差异可能不会对光斑图案产生可辨别的变化。因此，所关注的参量是将初始光斑图案变成不相关光斑图案的最短波长变化。光谱关联函数可以用于表示光斑图案相对于波长变化的快速程度，这示出于等式2中：
Figure BDA0004113793700000233
此处，I(x，y，λ)是在位置x，y处及在输入波长λ下的强度。V形括号<>表示对λ进行平均化。在Liew中示出，在接近1500nm的波长下并且针对100m的多模光纤，关联函数的半高半宽(HWHM)为δλ＝0.03nm。当改为仅相差0.03nm的波长时，光斑图案相关性减小50％。
在一些实施例中，多模波导的输入/输出行为可以由矩阵等式O＝T·I(也是“转换函数”)表征，其中，T为传输矩阵，I为描述输入光谱的向量，并且O为描述输出光斑图案的向量。换句话说，输入I受到传输矩阵T的作用而产生输出O。传输矩阵T随多模波导502的材料及结构而变化，并且可以基于多模波导502的制造中的不确定性而变化。对于多模波导502的任何给定构造，可以经由校准测量确定传输矩阵T。例如，预定义波长及模态分布可以用作输入。在一阶近似中，(例如，使用校准光栅目标)可以高度准确地得知目标512的散射特性。可以使用波长序列产生散射辐射514。可以通过检测检测器504处的散射辐射514的第一部分516表征输入至多模波导502中的电场。可以通过检测检测器506处的散射辐射514的第二部分518表征从多模波导502输出的电场。处理器526可以分析第一检测信号520及第二检测信号522以基于该分析确定传输矩阵T的与多模波导502相关联的元件。处理器526还可以将其分析基于校准光栅目标的已知的散射特性(例如，衍射角度随测试的不同波长而可预见地变化)。一旦确定传输矩阵T的所有元件，量测系统500就可以被视为经校准并且可以用于测量产品晶片上的一个或更多个实际目标512。
在一些实施例中，通过同时使用所有期望的波长照射目标512来执行目标512的实际测量。在晶片产品上具有数百个对准标记并且仅有有限时间(例如，5秒)来测量它们的情况下，期望使用所有波长以用于允许快速表征及最大化量测系统500可以在有限时间窗口中测量的目标的数目。相反地，序列波长表征慢得多并且减少可以测量的目标的数量，从而降低准确度。目标512的测量包括在检测器504处同时接收具有所有期望的波长的散射辐射514的第一部分516。测量还包括在检测器506处同时接收具有所有期望的波长的散射辐射514的第二部分518。处理器526可以基于第一检测信号520及第二检测信号522与多模波导502的所确定的传播特性(即，传输矩阵)的比较而解构散射辐射514的第二部分518中的波长成分。处理器526可以基于对第一检测信号520及第二检测信号522的分析而确定目标512的一个或更多个特性(例如，对准位置)。基于波长解构，处理器526可以产生多个图像，每个图像分别与用于照射目标512的波长中的每个波长相关联。
在一些实施例中，第一部分516可以是例如散射辐射514中的总能量的10％，即10/90拆分。设想拆分的范围，例如10/90至50/50。在检测器504需要来自散射辐射514的大于10％的光子以用于有意义的检测的情况下，可以增加束分束比率以有利于第一部分516，例如20/80、25/75、30/70或40/60。检测器506可以基于散射辐射514的所接收的第一部分516而产生第一检测信号520。期望检测器506尽可能地多接收光子以增大信噪比，这是由于该光子是来自被波长解构的多模波导502的输出。检测器504负责确定至多模波导502的输入的近似表征，并且因此可能不需要来自散射辐射514的较大百分比拆分。
在一些实施例中，可以例如在目标512的制造可高度再现的情况下(例如，可以高度准确地再现的设计)，省略检测器504。在此情境下，从目标512衍射的辐射是高度可预测的。因此，有可能推断至多模波导502中的输入，而非直接使用检测器504测量该输入。
在本发明中，设想集成式多模波导的实施例(例如，多模波导502)可以总体实施于量测系统中。集成式多模波导的实施例允许显著减少量测系统的成本及尺寸(例如，成本从米降至厘米)。相比于其多模光纤对应物，集成式多模波导由于其对温度及冲击不稳定性的稳健性也是期望的。然而，还设想使用任何多模波导装置(例如，多模光纤或具有一个或更多个附接光纤的集成式多模波导)的实施例用于特定的测量应用，例如，在用于光刻设备中对准衬底的量测系统中。一个或更多个光纤可以用于例如在围绕光刻设备的空间约束设计时将光投送至较远位置。由多模光纤执行的功能可以基本上类似于本文中描述的多模波导502。
可以使用于如下方面进一步描述实施例：
1.一种量测系统，包括：
辐射源，该辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，该光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
第一检测器，该第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号；
集成式光学装置，该集成式光学装置包括多模波导，所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射的第二部分；
第二检测器，该第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号；和
处理器，该处理器被配置为：
接收所述第一检测信号和第二检测信号；
对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
2.如方面1所述的量测系统，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的第二部分的波长成分。
3.如方面2所述的量测系统，其中，进一步基于所确定的波长成分确定所述目标的特性。
4.如方面2所述的量测系统，其中：
所述处理器被配置为产生图像；并且
所述图像中的每个图像分别对应于所述波长成分中的每种波长成分。
5.如方面1所述的量测系统，其中，所述多模波导包括半导体材料和/或介电材料。
6.如方面5所述的量测系统，其中，所述半导体材料和/或介电材料是Si基、Ga基或Li基材料。
7.如方面5所述的量测系统，其中，所述介电材料包括SiN和/或SiO2。
8.如方面1所述的量测系统，还包括分束元件，所述分束元件被配置为接收所述散射辐射并使所述散射辐射分束以产生所述第一部分和第二部分。
9.一种光刻设备，包括：
照射系统，该照射系统被配置为照射图案形成装置的图案；
投影系统，该投影系统被配置为将所述图案的图像投影至衬底上；和
量测系统，包括：
辐射源，该辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，该光学元件被配置为朝向所述衬底上的目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
第一检测器，该第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号；
多模波导装置，该多模波导装置被配置为使用所述多模波导装置的模式干涉所述散射辐射的第二部分；
第二检测器，该第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号；和
处理器，该处理器被配置为：
接收所述第一检测信号和第二检测信号；
对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导装置的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
10.如方面9所述的光刻设备，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的第二部分的波长成分。
11.如方面10所述的光刻设备，其中，进一步基于所确定的波长成分确定所述目标的特性。
12.如方面10所述的光刻设备，其中：
所述处理器被配置为产生图像；并且
所述图像中的每个图像分别对应于所述波长成分中的每种波长成分。
13.如方面9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括半导体材料和/或介电材料。
14.如方面13所述的光刻设备，其中，所述半导体材料和/或介电材料是Si基、Ga基或Li基材料。
15.如方面13所述的光刻设备，其中，所述介电材料包括SiN和/或SiO2。
16.如方面9所述的光刻设备，还包括分束元件，所述分束元件被配置为接收散射辐射并使该散射辐射分束以产生所述第一部分和第二部分。
17.如方面9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括集成于衬底上的多模波导。
18.如方面9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括多模光纤。
19.一种量测系统，包括：
辐射源，该辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，该光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
集成式光学装置，该集成式光学装置包括多模波导，所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射；
检测器，该检测器被配置为接收经干涉的散射辐射并且基于所接收的经干涉的散射辐射产生检测信号；和
处理器，该处理器被配置为：
接收所述检测信号；
基于所接收的经干涉的散射辐射及所述多模波导的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
20.如方面19所述的量测系统，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的散射辐射的波长成分。
尽管在本发明中可以特定地参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应该理解的是，本文中描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成光学系统、用于磁域存储器的引导及检测图案、平板显示器、LCD、薄膜磁头等。本领域技术人员应该明白的是，在此类替代应用的内容背景中，可以认为本文对术语“晶片”或“管芯”的任何使用分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。可以在曝光之前或之后在例如涂覆显影系统单元(通常是将抗蚀剂层施加至衬底并且使经曝光的抗蚀剂显影的工具)、测量单元和/或检查单元中处理本文中提及的衬底。适用时，可以将本文中的内容应用于此类及其它衬底处理工具。另外，可以将衬底处理一次以上，例如，以便产生多层IC，使得本文中使用的术语“衬底”还可以指已经包含多个经处理层的衬底。
尽管上文可以特定地参考在光学光刻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的其它应用中，并且在内容背景允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，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至衬底的抗蚀剂层中，在衬底上，抗蚀剂是通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而固化的。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。
应当理解，本文中的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本发明的术语或措词待由本领域技术人员按照本文中的教导进行解释。
如本文中使用的术语“辐射”、“束”、“光”、“照射”等可以涵盖所有类型的电磁辐射，例如紫外(UV)辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长λ)、极紫外(EUV或软X射线)辐射(例如，具有在5nm至20nm的范围内，诸如例如13.5nm的波长)，或在小于5nm的波长下工作的硬X射线以及粒子束，诸如离子束或电子束。通常，具有介于约400nm至约700nm之间的波长的辐射被视为可见光辐射；具有介于约780nm至3000nm(或更大)之间的波长的辐射被视为IR辐射。UV是指具有大致100nm至400nm的波长的辐射。在光刻内，术语“UV”还应用于可以由汞放电灯产生的波长：G线436nm；H线405nm；和/或I线365nm。真空UV或VUV(即，由气体吸收的UV)是指具有大致100nm至200nm的波长的辐射。深UV(DUV)通常是指具有介于126nm至428nm的范围内的波长的辐射，并且在一些实施例中，准分子激光器可以产生在光刻设备内使用的DUV辐射。应该明白的是，具有在例如5nm至20nm的范围内的波长的辐射是指具有某一波长带的辐射，该波长带的至少部分在5nm至20nm的范围内。
如本文中使用的术语“衬底”描述其上添加有材料层的材料。在一些实施例中，衬底自身可以被图案化，并且添加于该衬底的顶部上的材料还可以被图案化，或可以保持不被图案化。
尽管在本文中可以特定地参考根据本发明的设备和/或系统在IC制造中的使用，但是应该明确理解的是，此类设备和/或系统具有许多其它可能的应用。例如，此类设备和/或系统可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导及检测图案、LCD面板、薄膜磁头等中。本领域技术人员将明白的是，在此类替代应用的内容背景中，本文中的术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用应该被认为分别由更上位的术语“掩模”、“衬底”及“目标部分”替代。
虽然已经在上文中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的实施例。描述意图为说明性的，而非限制性的。由此，本领域技术人员将显而易见的是，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下如所描述地对本发明进行修改。
应该明白的是，“具体实施方式”章节而非“发明内容”及“说明书摘要”章节意图用于解释权利要求。“发明内容”及“说明书摘要”章节可以阐述如由(多位)发明人所预期的本发明的一个或更多个而非所有示例性实施例，并且因此，不意图以任何方式来限制本发明及随附的权利要求。
上文已经借助于说明特定功能及所述特定功能的关系的实施方式的功能建置区块来描述本发明。为便于描述，本文已经任意地定义这些功能建置区块的边界。只要适当地执行指定功能及所述功能的关系，便可以限定替代边界。
对特定实施例的前述描述将如此充分地揭露本发明的一般性质以便在不背离本发明的一般概念的情况下，其他人员可以通过应用本领域技术人员所了解的知识针对各种应用而容易地修改和/或调适此类特定实施例，而不需要进行不适当的实验。因此，基于本文中所呈现的教导及指导，此类调适及修改意图处于所披露的实施例的等同物的涵义及范围内。
所保护的主题的广度及范围不应该受到上述示例性实施例中的任一个限制，而应该仅根据以下权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种量测系统，包括：
辐射源，所述辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，所述光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
第一检测器，所述第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号；
集成式光学装置，所述集成式光学装置包括多模波导，所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射的第二部分；
第二检测器，所述第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号；以及
处理器，所述处理器被配置为：
接收所述第一检测信号和第二检测信号；
对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
2.如权利要求1所述的量测系统，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的第二部分的波长成分。
3.如权利要求2所述的量测系统，其中，进一步基于所确定的波长成分确定所述目标的特性。
4.如权利要求2所述的量测系统，其中：
所述处理器被配置为产生图像；以及
所述图像中的每个图像分别对应于所述波长成分中的每种波长成分。
5.如权利要求1所述的量测系统，其中，所述多模波导包括半导体材料和/或介电材料。
6.如权利要求5所述的量测系统，其中，所述半导体材料和/或介电材料是si基、Ga基或Li基材料。
7.如权利要求5所述的量测系统，其中，所述介电材料包括siN和/或SiO2。
8.如权利要求1所述的量测系统，还包括分束元件，所述分束元件被配置为接收所述散射辐射并使所述散射辐射分束以产生所述第一部分和第二部分。
9.一种光刻设备，包括：
照射系统，所述照射系统被配置为照射图案形成装置的图案；
投影系统，所述投影系统被配置为将所述图案的图像投影至衬底上；和
量测系统，所述量测系统包括：
辐射源，所述辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，所述光学元件被配置为朝向所述衬底上的目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
第一检测器，所述第一检测器被配置为接收所述散射辐射的第一部分并且基于所接收的第一部分产生第一检测信号；
多模波导装置，所述多模波导装置被配置为使用所述多模波导装置的模式干涉所述散射辐射的第二部分；
第二检测器，所述第二检测器被配置为接收经干涉的第二部分并且基于所接收的经干涉的第二部分产生第二检测信号；和
处理器，所述处理器被配置为：
接收所述第一检测信号和第二检测信号；
对所接收的第一部分、所接收的经干涉的第二部分以及所述多模波导装置的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
10.如权利要求9所述的光刻设备，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的第二部分的波长成分。
11.如权利要求10所述的光刻设备，其中，进一步基于所确定的波长成分确定所述目标的特性。
12.如权利要求10所述的光刻设备，其中：
所述处理器被配置为产生图像；并且
所述图像中的每个图像分别对应于所述波长成分中的每种波长成分。
13.如权利要求9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括半导体材料和/或介电材料。
14.如权利要求13所述的光刻设备，其中，所述半导体材料和/或介电材料是Si基、Ga基或Li基材料。
15.如权利要求13所述的光刻设备，其中，所述介电材料包括SiN和/或SiO2。
16.如权利要求9所述的光刻设备，还包括分束元件，所述分束元件被配置为接收所述散射辐射并使所述散射辐射分束以产生所述第一部分和第二部分。
17.如权利要求9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括集成于衬底上的多模波导。
18.如权利要求9所述的光刻设备，其中，所述多模波导装置包括多模光纤。
19.一种量测系统，包括：
辐射源，所述辐射源被配置为产生辐射；
光学元件，所述光学元件被配置为朝向目标引导所述辐射，以产生来自所述目标的散射辐射；
集成式光学装置，所述集成式光学装置包括多模波导，所述多模波导被配置为使用所述多模波导的模式干涉所述散射辐射；
检测器，所述检测器被配置为接收经干涉的散射辐射并且基于所接收的经干涉的散射辐射产生检测信号；和
处理器，所述处理器被配置为：
接收所述检测信号；
基于所接收的经干涉的散射辐射及所述多模波导的传播特性执行分析；以及
基于所述分析确定所述目标的特性。
20.如权利要求19所述的量测系统，其中，所述处理器被进一步配置为确定所接收的经干涉的散射辐射的波长成分。
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