CN105190446A

CN105190446A - 对准传感器、光刻设备和对准方法

Info

Publication number: CN105190446A
Application number: CN201480025903.3A
Authority: CN
Inventors: A·J·登博夫; S·马蒂杰森; P·蒂内曼斯
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2034-04-25
Also published as: TW201506551A; TWI537690B; CN105190446B; WO2014180684A1; EP2994798A1; US9547241B2; KR101791123B1; US20160077445A1; JP6246330B2; JP2016518609A; KR20160004388A; EP2994798B1; NL2012694A

Abstract

公开了一种对准传感器及相关方法，包括诸如白光源之类的照明源，具有可操作成在取决于波长的角度下的衍射高阶辐射的照明光栅；以及用于将衍射的辐射从至少两个相反方向递送至对准光栅上的照明光学器件。针对入射在对准光栅上的每个分量波长、以及针对每个方向，从两个相对方向的一个入射的辐射的第零阶衍射重叠了从另一方向入射的辐射的高阶衍射。这采用重叠的第零阶衍射光学放大了高阶衍射。

Description

对准传感器、光刻设备和对准方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2013年5月7日提交的美国临时申请61/820,568的优先权，并且该申请在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及一种对准传感器和对准方法，诸如在光刻工艺中使用的对准传感器和对准方法。

背景技术

光刻设备是施加所需图案至衬底上、通常至衬底的目标部分上的机器。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的单个层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或数个裸片的一部分)上。图案的转移通常经由对提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层成像而完成。通常，单个衬底将包含连续图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓的步进机，其中通过一次曝光整个图案至目标部分上而照射每个目标部分，以及所谓的扫描机，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案通过辐射束同时平行于或反平行于该方向扫描衬底而照射每个目标部分。也能够通过将图案压印至衬底上而将图案从图案化装置转移至衬底。

为了控制光刻工艺以在衬底上精确地放置器件特征，对准标记通常提供在衬底上，并且光刻设备包括一个或多个对准传感器，由此可以精确地测量衬底上标记的位置。这些对准传感器是有效的位置测量设备。从不同时期和不同制造商获知不同类型标记和不同类型对准传感器。广泛用于当前光刻设备中的一类传感器是基于如US6961116(denBoef等人)中所述的自参考干涉仪。通常分离地测量标记以获得X和Y位置。然而，可以使用公开专利申请US2009/195768A(Bijnen等人)中所述的技术执行组合的X和Y测量。这些申请的内容均在此通过引用并入本文。

当前对准技术包括照明对准标记并且从第+1阶和第-1阶衍射获得干涉图案，其中阻挡了第0阶。这有时称作暗场检测。然而，对准标记的第1阶衍射效率倾向于变得较小(当对准标记对比度变得较低时)，意味着第1阶信号越来越弱。除此之外，存在对在更短时间内测量每个对准标记的增长的需求。不采用不切实际的大功率激光器而在短时间内对这些弱信号进行散射噪声限制的检测因此变得不可能。暗场检测的另一限制是其检测对准标记的非对称变形的有限能力。类似刻蚀和化学机械抛光(CMP)的处理步骤可以使得标记变形，这导致对准偏移。该形变的检测是数值的，并且可以通过测量在第+1阶和第-1阶之间强度不平衡而完成。然而，在暗场检测中，这些阶叠加，使其无法检测非对称性。

发明内容

需要提供一种对准传感器，其能够以高速测量低对比度的光栅。也需要以非常简单方式检测光栅的非对称形变的存在。

根据本发明的一个方面，提供了一种对准传感器，包括：

至少一个照明源，包括可操作成以取决于波长的角度衍射更高阶辐射的衍射照明结构；以及

照明光学器件，可操作成将来自所述至少一个照明源的所述衍射的照明辐射从至少配对的相对方位角方向递送至在衍射对准结构上的点上，其中所述对准传感器可操作以使得

在由所述衍射对准结构将所述照明辐射衍射之后，并且独立于所述照明辐射中所包括的波长：

从相对方位角方向的每个配对的第一个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位角的每个配对的第二个入射的辐射的更高阶衍射重叠；以及

从相对方位角方向的每个配对的第二个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位角方向的每个配对的第一个入射的辐射的更高阶衍射重叠；

由此光学放大所述更高阶衍射与重叠的第零阶。

根据本发明的另一方面，提供了一种在衬底上执行对准操作的方法，所述衬底包括至少一个衍射对准结构，所述方法包括：

采用照明源照明衍射照明结构；以及

接收从所述衍射照明结构的被衍射照明辐射并且将其从至少配对的相对方位角方向引导至在所述衍射对准结构上的点上，以使得在由所述衍射对准结构对所述辐射衍射之后，并且独立于所述照明辐射中所包括的波长：

从相对方位角方向的每个配对的第一个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位角方向的每个配对的第二个入射的辐射的更高阶衍射重叠；

由此光学放大所述更高阶衍射与重叠的第零阶。

附图说明

现在将仅借由示例的方式参考所附的示意性附图描述本发明的实施例，其中对应的附图标记指示对应的部件，以及其中：

图1示出了根据本发明一个实施例的光刻设备；

图2示出了根据本发明一个实施例的光刻单元或群集；

图3示出了已知的对准传感器；

图4示出了可操作成使用零差式(homodyne)检测技术以放大高阶衍射辐射的对准传感器；

图5示出了根据本发明第一实施例的对准传感器；

图6示出了根据本发明第二实施例的对准传感器；

图7示出了根据本发明第三实施例的对准传感器；

图8示出了在暗模式配置中工作的图7的对准传感器；

图9示出了近似如下光栅的第一示例性网格快照(snap)的SLM图案，该光栅具有单独的SLM元件的非整数倍的节距；以及

图10示出了近似如下光栅的第二示例性网格快照的SLM图案，该光栅具有相针对由单独的SLM元件限定的网格的非正交的定向。

具体实施方式

图1示意性示出了根据本发明一个实施例的光刻设备。设备包括：

照明系统(照明器)L，配置用于调节辐射束B(例如UV辐射或EUV辐射)；

支撑结构(例如掩模工作台)MT，构造用于支撑图案化装置(例如掩模)MA，并且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；

衬底工作台(例如晶片工作台)WT，构造用于保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W，并且连接至配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW；以及

投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，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裸片)上。

照明系统可以包括用于引导、成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、静电或其他类型的光学部件，或者其任意组合。

支撑结构支撑图案化装置，也即承载了其重量。其以取决于图案化装置的定向、光刻设备的设计、以及诸如例如图案化装置是否保持在真空环境中的其他条件的方式而保持图案化装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以保持图案化装置。支撑结构可以是框架或工作台，例如如果需要的话，则其可以固定或可移动。支撑结构可以确保图案化装置处于所需位置处，例如相针对投影系统。在此术语“刻线板”或“掩模”的任何使用可以视为与更通用术语“图案化装置”同义。

在此使用的术语“图案化装置”应该广泛地解释为涉及可以用于在其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不准确地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正产生的器件中的特定功能层，诸如集成电路。

图案化装置可以是透射式或反射式的。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。掩模在光刻中是已知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列的示例采用了小镜面的矩阵设置，每个小镜面可以单独地倾斜以便于沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜镜面将图案赋予由镜面矩阵所反射的辐射束。

在此使用的术语“投影系统”应该广泛地解释为包括任何类型投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统，或者其任意组合，如针对正使用的曝光辐射合适的那样，或者针对诸如使用沉浸液体或使用真空的其他因素合适的那样。在此术语“投影透镜”的任何使用可以视为与更通用术语“投影系统”同义。

如在此所示，设备是透射式(例如采用了透射掩模)。备选地，设备可以是反射式(例如采用了如上所述类型的可编程镜面阵列，或者采用了反射掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双级)或更多衬底工作台(和/或两个或多个掩模工作台)的类型。在该“多级”机器中，可以并行地使用额外的工作台，或者可以在一个或多个工作台上执行预备步骤而此时一个或多个其他工作台正用于曝光。

光刻设备也可以是这样的类型，其中至少一部分衬底可以由具有相对较高折射率的液体例如水所覆盖，以便于填充投影系统与衬底之间的空间。沉浸液体也可以施加至光刻设备中其他空间中，例如在掩模与投影系统之间。沉浸技术在本领域中已知用于增大投影系统的数值孔径。如在此使用的术语“沉浸”并非意味着诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是相反地仅意味着在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。

参照图1，照明器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分离的实体，例如当源是受激准分子激光器时。在这些情形中，源不应视作形成了光刻设备的一部分并且辐射束借助于例如包括合适的引导镜面和/或扩束器的束递送系统BD而从源SO传递至照明器IL。在其他情形中，源可以是光刻设备的整体部件，例如当源是汞灯时。源SO和照明器IL，如果需要的话与束递送系统BD一起，可以称作辐射系统。

照明器IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调整照明器的光瞳面中强度分布的至少外侧和/或内侧径向范围(通常分别称作σ-外侧和σ-内侧)。此外，照明器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和冷凝器CO。照明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入射在图案化装置(例如掩模MA)上，其被保持在支撑结构(例如掩模工作台MT)上，并且被图案化装置图案化。遍历掩模MA，辐射束B穿过将光束聚焦至衬底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(例如干涉仪装置、线性编码器或电容性传感器)，可以精确地移动衬底工作台WT，例如以便于在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似的，第一定位器PM和另一位置传感器(图1中并未明确示出)可以用于相针对辐射束B的路径而精确地定位掩模MA，例如在从掩模库机械检索之后，或者在扫描期间。通常，掩模工作台MT的移动可以借助于长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精细定位)而实现，其形成了第一定位器PM的一部分。类似的，可以使用长冲程模块和短冲程模块实现衬底工作台WT的移动，其形成了第二定位器PW的一部分。在步进机的情形中(与扫描机相反)，掩模工作台MT可以仅连接至短冲程促动器，或者可以固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2而对准掩模MA和衬底W。尽管如所示的衬底对准标记占据了专用的目标位置，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)。类似的，在其中多于一个裸片提供在掩模MA上的情形中，掩模对准标记可以位于裸片之间。

所示设备可以用于以下模式的至少一个：

在步进模式下，掩模工作台MT和衬底工作台WT保持基本上静止，而此时赋予辐射束的整个图案一次性投影至目标部分C上(也即单次静态曝光)。衬底工作台WT随后沿X和/或Y方向偏移以使得可以曝光不同的目标部分C。在步进模式下，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

在扫描模式下，掩模工作台MT和衬底工作台WT被同步扫描，而此时赋予辐射束的图案被投影至目标部分C上(也即单次动态曝光)。衬底工作台WT相针对掩模工作台MT的速率和方向可以由投影系统PS的(缩)放和图像翻转特性而确定。在扫描模式下，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)。

在另一模式下，掩模工作台MT保持基本静止，从而保持可编程图案化装置，并且衬底工作台WT移动或扫描，而此时赋予辐射束的图案被投影至目标部分上。在该模式下，通常采用脉冲辐射源，并且如果需要的话在衬底工作台WT的每次移动之后或者在扫描期间连续辐射脉冲之间更新可编程图案化装置。该操作模式可以易于应用至无掩模光刻，其采用可编程图案化装置，诸如如上所述类型的可编程镜面阵列。

也可以采用对如上所述使用模式的组合和/或变形，或者完全不同的使用模式。

光刻设备LA是所谓的双级类型，其具有两个衬底工作台WTa、WTb，以及两个工作站－曝光工作站和测量工作站－衬底工作台可以在它们之间交换。当一个衬底工作台上的一个衬底正在曝光工作站处曝光时，另一个衬底可以装载至测量工作站处另一个衬底工作台上并且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器(未示出)映射衬底的表面控制，并且使用对准传感器AS测量衬底上对准标记的位置。这使得设备的产量大幅增加。如果当其处于测量工作站以及在曝光工作站时位置传感器IF不能够测量衬底工作台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得在两个工作站处均追踪衬底工作台的位置。

如图2中所示，光刻设备LA形成了光刻单元LC的一部分，有时也称作光刻单元或群集，也包括用于对衬底执行预曝光或后曝光工艺的设备。传统地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂涂料器SC，用于显影已曝光抗蚀剂的显影器DE，冷却板CH和烘培板BK。衬底装卸器或机械臂RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同工艺设备之间移动它们，并且随后将它们递送至光刻设备的装载港LB。通常共同地称作轨道的这些装置在轨道控制单元TCU的控制之下，TCU自身由监管控制系统SCS所控制，其也经由光刻控制单元LACU而控制了光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化产量和处理效率。

为了控制光刻工艺以在衬底上精确地放置器件特征，通常在衬底上提供对准标记，并且光刻设备包括一个或多个对准传感器，通过对准传感器可以精确地测量衬底上标记的位置。这些对准传感器是有效地位置测量设备。从不同时期和不同制造商获知不同类型标记和不同类型对准传感器。当前光刻设备中广泛使用的传感器类型是基于如US6961116(denBoef等人)中所述的自参考干涉仪。通常分离地测量标记以获得X和Y位置。然而，可以使用已公开专利申请US2009/1957868A(Bijnen等人)中所述的技术执行组合X和Y测量。在此通过引用的方式将这些申请的内容均并入本文。

使用商用对准传感器的先进对准技术由JeroenHuijbregtse等人描述在文献"OverlayPerformancewithAdvancedATHENA^TMAlignmentStrategies",Metrology,Inspection,andProcessControlforMicrolithographyXVII,DanielJ.Herr,Editor,ProceedingsofSPIEVol.5038(2003)中。这些策略可以扩展并且商业地应用于如上所述由US’116和US’768所述类型的传感器。商用传感器的特征是它们在相同目标光栅上使用数个波长(颜色)和偏振的辐射(光)而测量位置。在所有情形中针对测量非单一颜色是理想的，因此商用系统从许多信号中选择哪一个提供了更可靠的位置信息。

图3是已知的对准传感器AS的示意性方框图。照明源220提供了一个或多个波长的辐射的束222，其由斑镜(spotmirror)223穿过物镜224转移至位于衬底W上的掩模(诸如掩模202)上。由掩模202散射的辐射204由物镜224拾取并且准直为信息承载束226。该信息承载束226用于测量标记202相针对传感器中参考点的位置。该参考点可以是光栅206或者自参考干涉仪中的“中性线”。检测器230检测得到的信号240。斑镜223便利地用作在该点处的零阶停止器，以使得信息承载束226仅包括来源于掩模202的更高阶衍射辐射(这通常称作“暗场”测量)。来自传感器网格230中单独的传感器的强度信号240提供至处理单元PU，由此输出了用于衬底上X和Y位置的数值。备选地，检测器230可以是单个的光电二极管，并且光栅206具有与成像至其上的图像相同的节距。当沿X方向扫描对准光栅时，由光栅206发射的辐射的量改变。

处理单元PU可以与图1中所示的控制单元LACU分离，或者它们可以共用相同的处理硬件，为了设计选择和便利性。当单元PU是分离的时，信号处理的一部分可以在单元PU中执行而另一部分在单元LACU中执行。

逐渐地，许多光刻工艺使用由于吸收层或工艺分段而具有非常低光学对比度的对准光栅。结果，光栅具有非常低的第1阶衍射效率A₁、A_-1。使用当前的暗场方法，检测到的信号电平等于其中和分别是第+1阶和-1阶的相位。可见，信号电平近似地随着|A₁|²而缩放(取决于光栅深度)。通常使用跨阻放大器检测该信号，其中光电流通过电阻器而发送。为了实现散射噪声受限地检测，需要非常高反馈的电阻器，这由于反馈电阻器之上小寄生电容的存在而限制了最大信号带宽。

除此之外，日益需要测量更多对准光栅以便于正确地捕捉晶片变形。为了测量晶片上许多对准目标而同时维持产量，对准扫描速度需要大大增加(以100倍快的量级，从当前通常使用的10mm/s至更快的1m/s)。这使得对准信号频率增大至MHz范围。然而，这无法采用散射噪声受限检测所需的高反馈电阻器而检测。

暗场方法的另一缺点是，检测到的信号由干涉在一起的第+1阶和-1阶衍射构成，并且因此无法在不采用专用设备的情形下容易地获得光栅非对称信息。

图4示出了旨在解决以上问题的设置。其使用零差式检测技术以分离地光学放大每一个第1阶衍射信号。在所示的具体设置中，存在两个相关光束400、400’(可以从单个离轴照明源获得)，其经由包括透镜Li的照明光学器件而递送并且聚焦至诸如对准光栅AG之类的衍射对准结构上。光束400、400’的入射角θ相等，但是沿相反的方位角方向入射，以使得如果光束400以方位角入射，则光束400’以方位角而入射。为了明晰，对准光栅AG在此示出为透射式，但是在实际的对准应用中将使用反射式光栅。对准光栅AG的节距P和照明光束的波长λ被选择为使得它们满足以下关系：

\frac{λ}{P} = 2 s i n (θ)

针对该特定的照明条件，得到的第0阶辐射和第1阶辐射将相干地重叠，并且沿相同方向传播。结果，第1阶辐射由第0阶辐射光学放大。在附图中，光束400以及其得到的衍射光束410、420示出为实线；以及光束400’及其得到的衍射光束410’、420’示出为虚线。使用较厚的线条示出强的第0阶光束410、410’，并且每个具有复数幅度A₀。使用较薄的线条示出远远较弱的±1阶光束420、420’，并且每个具有复数幅度A_±1。

透镜L₂和L₃在检测器D_-1和D₊₁上形成了对准光栅AG的图像。光楔(Wedge)Wg确保了形成空间分隔的图像2。检测器D_-1和D₊₁上光强度分别是：

I_{- 1} = {| A_{0} + A_{- 1} |}^{2} = {| A_{0} |}^{2} + {| A_{- 1} |}^{2} + 2 | A_{- 1} | | A_{0} | \cos (Φ - 2 π \frac{x}{P})

I_{+ 1} = {| A_{0} + A_{1} |}^{2} = {| A_{0} |}^{2} + {| A_{1} |}^{2} + 2 | A_{1} | | A_{0} | \cos (Φ + 2 π \frac{x}{P})

在此，相位项是针对x＝0的在第0阶辐射与第±1阶辐射之间的相位差。该相位差针对具有低光学对比度的窄相位光栅而言是π/2。两个光强度相减得到：

I_{- 1} - I_{+ 1} = 4 | A_{1} | | A_{0} | \sin (Φ) s i n (2 π \frac{x}{P}) = 4 | A_{1} | | A_{0} | s i n (2 π \frac{x}{P})

该检测到的差分信号得到了随着|A₀||A₁|缩放的对准信号，而不是如在“典型的”相位光栅对准的情形中随着|A₁|²而缩放。这得到了显著的光学放大，其允许以高对准扫描速度进行光子受限的检测。其中使用幅度光栅，L_-1和L₊₁光强度可以相加在一起以找到位置。

也可以分离地根据L_-1和L₊₁光强度确定位置。随后将借由这两个单独的位置给定最终位置。该方法具有针对对准光栅非对称性较少敏感的优点。此外，当分离地检测到第+1和第-1阶时，简单地检测并测量该非对称性。

然而，该具体设置缺乏灵活性。采用固定的光栅节距P和入射角θ，设置将仅适用于单个波长λ。当前商用传感器的特征在于，它们针对相同的目标光栅使用数个波长(颜色)和偏振的辐射(光)而测量位置。针对在所有情形下的测量没有理想的单个颜色，因此商用系统从许多信号之中选择提供了最可靠的位置信息的信号。

图5示出了对图4设置的改变，其解决了图4实施例的单波长限制，并且因此允许使用白光照明光源500(或者任何波长的光源)。在该设置中，照明源(在此为白光源)用于照明衍射照明结构，诸如照明光栅IG。当对准光栅AG的节距为P时，照明光栅IG具有节距2P。照明光栅IG以取决于其波长的角度对入射的辐射进行衍射。示出了构成白光的三个波长辐射510、510’、510”的第+1阶和第-1阶衍射(自然这纯粹是示例性的并且白光源500可以包括许多更多波长的辐射)。来自照明光栅IG的第0阶辐射由镜面/停止器MS阻挡。诸如透镜L₁和L₂之类的照明光学器件与停止器MS组合一起在对准光栅AG上产生了具有单位缩放比例的照明光栅IG的暗场成像。

与图4的设置相同，从(至少)两个相反的方位角方向施加辐射。然而，在该情形中，来自每个方位角方向的辐射现在包括大量不同波长的辐射，这些波长中的每一个以不同的入射角θ入射(入射角θ是每个分量波长λ的函数)。此外，其中照明光栅IG具有两倍于对准光栅AG节距P的节距，其可以示出具有以下关系：

\frac{λ}{P} = 2 s i n (θ)

该关系针对所有波长λ均满足。因此，针对从对准光栅530衍射的辐射，弱的第1阶辐射相干地叠加至针对每个颜色的强的第0阶辐射。尽管描述了第1阶辐射的光学放大，应该知晓，可以由该方法光学放大任何更高阶辐射。自然，可以使用单个波长光源，设置不论光源的波长都工作。

由检测器D₊₁、D_-1检测光学放大的辐射530。在最实际的应用中，这些检测器将包含额外的光学器件以允许零差信号的波长分辨检测。

尽管在以上示例中仅示出了来自两个相反方位角方向的辐射，能够使用总数为2N的照明光束，其中N个光束具有入射角θ_i和方位角而另外N个光束是具有(平均)入射角θ_i和方位角的点对称副本。以此方式，例如，可以测量2D-周期性光栅，或者可以将第0阶辐射与来自由对准光栅衍射的其他高阶辐射混合。

图6示出了图5中所示设置的更实际的实施例。在此，照明光栅已经由空间光调制器SLM替代以便于以高速可编程。当不同节距的对准光栅可以用在光刻工艺的不同层上时，这允许根据对准光栅AG的定向或节距的改变而改变照明光栅的定向和节距。此外，透镜系统的缩放比(F₁/F₂，其中F₁是透镜L₁的焦距，以及F₂是透镜L₂的焦距)无需是单一的(或者可以是可调的)。在该实施例中，当空间光调制器SLM的节距PSLM满足以下公式时，针对所有波长获得了重叠的第0阶和第1阶辐射：

P_{S L M} = 2 \frac{F_{1}}{F_{2}} P_{A G}

其中P_AG是对准光栅的节距。

对准光栅AG和空间光调制器SLM在此示出为反射式(如它们在大多数情形中)。此外示出了晶片W；分束器BS；束流收集器BD；透镜L₂；经由单模照明光线610和光斑镜面620(在透镜L₁的背焦平面中)而递送至空间光调制器SLM的超连续光源600；以及检测电子器件630，经由多模检测光纤640拾取了光学放大的衍射光束，用于空间地分隔已放大的第+1和第-1阶衍射的光楔650；以及透镜L₃。自然，该具体设置纯粹为了示例而示出，并且可以使用其他光学元件、照明光源或检测设备。例如，SLM可以替换为包括具有不同节距的大量不同光栅的衬底。在该设置中，通过将合适的光栅移动至其将由照明光源照明的位置而执行对特定节距的选择。每个光栅的定向也可以是可变的。

作为空间光调制器SLM散发一些能量、并且存在在系统内包括的长路径长度的结果，空间光调制器SLM可以漂移，使得系统不正确工作。这可以通过采用参考支路替换束流收集器而解决，参考支路可以监控空间光调制器SLM的任何位移。可以在参考支路中使用能够用于监控SLM漂移的任何设备。

图7示出了包括参考支路700的这种设置的示例。参考支路700在该示例中包括自参考干涉仪710，偏振分束器PBS，透镜L₄、L₅，多模检测光纤720，以及检测电子器件730A、730B。自参考干涉仪可以如专利US6961116中所述。

自参考干涉仪710用于测量在照明光束(诸如图5中光束510₊、510_-)之间的相位差。参考支路输出两个信号，当相位差改变时两个信号以相反相位而改变。该相位差直接地揭露了位置误差并且因此应该被校正。使用多模检测光纤720和检测电子器件730A、730B检测这两个信号。通过这两个信号相减，能够(根据相位变化)测量SLM漂移。

参考支路也可以用于测量源光束中强度噪声，其可以淹没了小的第1阶信号，从而允许从检测的信号中移除该噪声。这是通过将由检测电子器件730A、730B检测到的两个信号叠加而实现。

另一个优点在于，设备740(包括干涉仪710、透镜L₂和分束器BS)具有小的临界体积。临界体积的漂移仅对测得位置的漂移有影响。采用参考支路检测临界体积之外的漂移(例如SLM)，并且因此可以被校正。这意味着更易于在纳米尺度上保持对准传感器的稳定性。

尽管如上所述的技术提供了在现有暗场技术之上的许多优点，但是也需要与本发明设备的向后兼容。图6或图7的设备可以非常简单地修改以允许选择暗场对准模式。

图8示出了该模式。编程空间光调制器SLM(或改变/选择照明光栅)以使其节距PSLM满足以下：

P_{S L M} = \frac{F_{1}}{F_{2}} P_{A G}

其中在该情形中，第+1和-1阶衍射800均正交于对准光栅AG而衍射，在此它们干涉。随后可以由检测光纤640拾取并且有检测电子器件630检测干涉的第1阶衍射800。第1阶衍射800路径中的光学器件可以稍微修改以便于允许光束不受阻碍的穿过(例如光楔650可以在其中心具有孔口)。

如上所述，SLM可以替代照明光栅而使用以便于允许根据对准光栅的定向或节距的改变而改变照明光栅的定向和节距。然而，应该知晓，SLM被空间量化为具有有限尺寸的不可分隔网格元件。这导致两个潜在的问题：

·对准光栅可能具有由于SLM的最大分辨率所致的无法正确地复制的节距和/或占空比。这种的示例是，其中所需的节距不是SLM单独的可切换元件的相关尺寸的整数倍。另一示例是，其中所需节距是SLM的单独的可切换元件的相关尺寸的奇整数倍。

·对准光栅的定向(在零差式对准传感器的光轴周围)可以不同于SLM定向。对准光栅旋转与SLM旋转之间的该相对旋转可以例如为22.5或45度的量级。其中在该情形中，所需的光栅图案定向可以不正交于SLM网格，并且因此每个光栅线条的边缘可以出现锯齿状。

为了提供节距和相对旋转的更大灵活性，提出了网格快照所需的照明光栅图案。在这种设置中，光栅的任何方面(诸如节距、占空比和/或定向)可以网格快照至SLM的可应用单个可切换元件(也即所需的节距和所需的定向)。网格快照在该上下文中紧密地涉及例如在诸如计算机图案和数字照相的应用中所使用的光学抗混淆技术。在这些应用中，理想地应该呈现笔直的边缘可以由于正使用的特定装置的分辨率限制而出现锯齿状。抗混淆技术通过基本上模糊化边缘而限制了该锯齿状外观。

图9示出了第一示例性网格快照的SLM图案。在此所示的SLM图案近似于具有非单独SLM元件的偶整数倍节距的光栅图案。其显示了SLM“光栅”图案900，其中每个单独的图案元件(也即“光栅”线条910)的宽度以及在“光栅”线条910的每个配对之间的节距920沿着它们的长度而在第一宽度W₁和第二宽度W₂之间交替变化。W₂和W₁之间的差可以例如是单独的SLM元件930的宽度。该交变针对相邻线条910是交错的以使得节距沿着光栅900长度而在P₁和P₂之间交变。通过合适地选择宽度W₁和W₂、以及节距P₁和P₂，可以获得(例如)接近另外不可能的节距(或占空比)的光栅图案。

在所示的具体示例中，所需节距是构成了SLM的每个单独的元件930的宽度的奇整数倍(例如7倍)。因此，为了正确地呈现图案，每个“光栅”线条910和“光栅”线条910配对之间的每个空间920必须具有每个单独的元件930的宽度的3.5倍的宽度。例如，考虑其中构成SLM的每个单独的元件930的宽度为8μm的示例。使用该SLM，简单地提供具有例如32μm或48μm(8μm的偶数倍)节距的光栅图案。然而，当需要40μm或56μm(8μm的奇数倍)节距时，解决方案不是如此简明的。根据该示例，可以通过沿着它们的长度在24μm和32μm之间(也即在SLM的3个和4个单独的元件之间)交变每个“光栅”线条910的宽度、以及“光栅”线条每个配对之间的节距920而近似得到56μm的节距。假设与“光栅”线条910的长度相比该交变宽度的节距P较小，得到的光栅图案900将接近节距(P₁+P₂)/2的规则光栅图案，在该示例中该节距为56μm。在此，该交变宽度的节距p如SLM能够分辨的尽可能小，并且其占空比近似50％。自然，所有这些数值为了示例而提供，并且纯粹用于说明在此所述SLM网格快照技术的基础概念。

应该知晓，可以借由对SLM辐射的幅度、相位和/或偏振调制执行在此公开的网格快照技术。调制/快照可以如图9中所示以黑和白执行，或者使用中间数值(也即灰色调)。

图10示出了该网格快照概念的另一实施例，使用了中间数值以便于更好地近似如下光栅图案940，其以22.55度相针对对准光栅并且因此相针对SLM网格旋转。在该实施例中，类似于抗混淆技术的网格快照技术用于模糊化每个光栅线条950的线条边缘。为此，可以采用位于光栅线条950的中心区域的色调、与光栅线条950配对之间的空间960的中心区域的色调之间的中间数值(灰色调)而调制在线条边缘处的单独的SLM元件。抗混淆过滤技术可以用于完成这点。

应该注意，SLM的单独的元件的形状不必限定于矩形，并且例如可以也包括六边形。

诸如暗场技术之类的当前对准技术不是偏振稳健的。在纳米临界路径中具有可调的偏振元件的解决方案是“高风险”的。具有小的临界体积的可能性，在此所述的概念提供了偏振灵活性的进一步优点。能够通过在SLM和分束器之间的照明光束中插入(可调的)偏振元件以选择照明偏振。此外(可调的)偏振元件可以插入在检测路径中，在检测器前方。当它们在纳米临界路径之外时，这些元件可以是可调的。

总之，在此所述的技术的优点包括：

·以远低于1nm的复制以高速度(1m/s)测量低对比度(晶片质量-<0.01％)短对准光栅(48μm扫描长度)的能力

·包括向后兼容的暗场检测能力

·任意光栅定向。节距范围为0.6μm－20μm的量级。

·光栅非对称信息已经可应用于位置测量信道，因此无需专用的非对称检测硬件。

·小的临界体积，旋转对称并且不包含临界光束停止器或可调的元件。

·低的杂散光等级预期并且没有零阶泄漏效应。

尽管在本上下文中可以具体参考IC制造中光刻设备的使用，应该理解，在此所述的光刻设备可以具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器的导引和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将知晓，在这些备选应用的上下文中，在此术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以视作分别与更通用术语“衬底”或“目标部分”同义。在此涉及的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道(通常施加抗蚀剂层至衬底并且显影已曝光抗蚀剂的工具)、度量工具和/或检查工具中处理。可应用的，在此本公开可以适用于这些和其他衬底处理工具。此外，衬底可以多于一次处理，例如以便于产生多层IC，因此在此使用的术语衬底也可以涉及已经包含了多个已处理层的衬底。

尽管已经具体参考了在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，应该知晓本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且其中上下文允许的话，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形成在衬底上的图案。一旦通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而固化了抗蚀剂，图案化装置的拓扑结构可以压入施加至衬底的抗蚀剂层中。在抗蚀剂固化之后，从抗蚀剂中移除图案化装置，在其中留下了图案。

在此使用的术语“辐射”和“束”包括所有类型电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有波长为或约365、355、248、193、157或126nm)以及极紫外(EUV)辐射(例如具有范围在5－20nm内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”，如上下文允许的话，可以涉及各种类型光学部件的任何一种或组合，包括折射、反射、磁、电磁和静电光学部件。

尽管已经如上描述了本发明的具体实施例，应该知晓的是，可以除了如所述之外实施本发明。例如，本发明的元件可以采取包含了描述如上所述方法的机器可读指令的一个或多个序列的计算机程序、或者具有该计算机程序存储其中的数据存储媒介(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

以上说明书意在为示例性而非限定性的。因此，针对本领域技术人员明显的是，可以对所述本发明做出修改而不脱离以下所列权利要求的范围。

Claims

1.一种对准传感器，包括：

至少一个照明源，包括可操作成以取决于波长的角度衍射高阶辐射的衍射照明结构；以及

照明光学器件，可操作成从相对方位角方向的至少一个配对将来自所述至少一个照明源的所述衍射的照明辐射递送至衍射对准结构上的点上，其中所述对准传感器可操作成使得在由所述衍射对准结构将所述照明辐射衍射之后，并且独立于所述照明辐射中所包括的波长：

从相对方位角方向的每个配对中的第一个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位角方向的每个配对中的第二个入射的辐射的高阶衍射重叠；以及

从相对方位角方向的每个配对中的第二个入射的辐射的第零阶衍射与从相对方位角方向的每个配对中的第一个入射的辐射的高阶衍射重叠；

由此采用重叠的第零阶光学放大所述高阶衍射。

2.根据权利要求1所述的对准传感器，其中，所述照明源是多波长照明源，并且所述对准传感器可操作成针对入射在所述衍射对准结构上的每个分量波长采用重叠的第零阶光学放大所述高阶衍射。

3.根据权利要求1或2所述的对准传感器，其中，从相对方位角方向的每个配对中的所述第一方向和第二方向入射在所述衍射对准结构上的辐射是相干的。

4.根据权利要求1、2或3所述的对准传感器，其中从相对方位角方向的每个配对中的所述第一方向和所述第二方向入射在所述衍射对准结构上的辐射针对每个分量波长具有相同的入射角。

5.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，其中，所述照明光学器件使得在从所述衍射照明结构衍射之后，从相对方位角方向的每个配对中的第一个入射在所述衍射对准结构上的辐射包括正高阶衍射的辐射，并且从相对方位角方向的每个配对中的第二个入射在所述衍射对准结构上的辐射包括负高阶衍射的辐射。

6.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，其中，所述衍射照明结构具有所述衍射对准结构的节距乘以所述照明光学器件的缩放因子的两倍的节距。

7.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，其中，所述衍射照明结构包括空间光调制器。

8.根据权利要求7所述的对准传感器，其中，所述空间光调制器可操作成调制其所调制光的幅度、相位和/或偏振。

9.根据权利要求7或8所述的对准传感器，其中，所述空间光调制器可操作成将所需衍射照明结构图案网格快照至具有由所述空间光调制器的单独的可切换元件所限定的不可分割网格元件的网格。

10.根据权利要求9所述的对准传感器，其中，所述所需衍射照明结构图案需要构成所述照明结构图案的一个或多个单独的图案元件的宽度具有不是每个不可分割网格元件的相关尺寸的整数倍的数值；以及

所述空间光调制器可操作成通过沿着单个图案结构的长度在每个不可分割网格元件的相关尺寸的整数倍的数值之间改变所述单独的图案元件的宽度来近似所述单独的图案元件。

11.根据权利要求9或10所述的对准传感器，其中，所述所需衍射照明结构定向成关于所述网格非正交，由此引起在衍射照明结构内包括的边缘的混淆效应，所述空间光调制器可操作成使用抗混淆技术减轻所述混淆效应以使得在所述边缘处的网格元件具有色调的中间变化。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的对准传感器，包括参考支路，所述参考支路可操作成测量所述空间光调制器中的漂移。

13.根据权利要求12所述的对准传感器，其中，所述参考支路包括干涉仪，所述干涉仪可操作成确定从相对方位角方向的每个配对中的第一方向与第二方向入射在所述衍射对准结构上的辐射之间的相位差。

14.根据权利要求13所述的对准传感器，其中，所述参考支路可操作成输出两个参考支路输出信号，其随着所确定的相位差改变而反相改变，所述空间光调制器的漂移是根据所述参考支路输出信号的差值而确定的。

15.根据权利要求14所述的对准传感器，其中，所述参考支路可操作成根据所述参考支路输出信号的总和测量从所述照明源发出的辐射中的噪声强度。

16.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，所述对准传感器可工作在暗场模式下，其中所述衍射照明结构具有与所述衍射对准结构的节距乘以所述照明光学器件的缩放因子相等的节距，以使得入射在所述衍射对准结构上的辐射的正第一阶衍射和负第一阶衍射与所述衍射光栅正交地发射并且干涉。

17.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，包括分离的检测器，用于检测光学放大的正阶辐射的第一检测器，以及用于检测光学放大的负阶辐射的第二检测器。

18.根据权利要求17所述的对准传感器，其中，所述传感器可操作成根据分离检测的、光学放大的正阶和负阶获得衍射对准结构非对称信息。

19.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，其中，所述高阶衍射是第一阶衍射。

20.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，包括在所述衍射的照明辐射的路径中的可调偏振元件。

21.根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器，包括在所述对准传感器的检测路径中的可调偏振元件。

22.一种半导体制造工艺中使用的设备，包括根据先前权利要求中任一项所述的对准传感器。

23.根据权利要求22所述的设备，包括，配置用于产生辐射束的光刻设备；以及在投影腔室内并且配置用于将辐射束投影至衬底的目标部分上的投影系统；其中所述对准传感器可操作成检测所述衬底上的衍射对准结构。

24.根据权利要求22所述的设备，包括用于探查衬底的探查设备，其中所述对准传感器可操作成检测衬底上的衍射对准结构。

25.一种在衬底上执行对准操作的方法，所述衬底包括至少一个衍射对准结构，所述方法包括：

采用照明辐射来照明衍射照明结构；以及

接收来自所述衍射照明结构的衍射的照明辐射并且从相对方位角方向的至少一个配对将其引导至所述衍射对准结构上的点上，以使得在由所述衍射对准结构对所述辐射衍射之后，并且独立于所述照明辐射中所包括的波长：

由此采用重叠的第零阶光学放大所述高阶衍射。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述照明辐射包括多个分量波长，以及其中针对入射在所述衍射对准结构上的每个分量波长发生采用重叠的第零阶对所述高阶衍射的所述光学放大。

27.根据权利要求25或26所述的方法，其中，从相对方位角方向的每个配对中的第一方向和第二方向入射在所述衍射对准结构上的辐射是相干的。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，引导所述衍射的辐射以便于针对每个分量波长以相同入射角从相对方位角方向的每个配对中的第一方向和第二方向入射在所述衍射对准结构上。

29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法，其中，被引导为从相对方位角方向的每个配对中的第一个入射在所述衍射对准结构上的所述衍射的辐射包括正高阶衍射的辐射，并且被引导为从相对方位角方向的每个配对中的第二个入射在所述衍射对准结构上的辐射包括负高阶衍射的辐射。

30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法，包括，设置或选择衍射照明结构以具有所述衍射对准结构的节距乘以所述照明光学器件的缩放因子的两倍的节距。

31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法，其中，所述衍射照明结构包括空间光调制器。

32.根据权利要求31所述的方法，包括，调制由所述空间光调制器所调制的光的幅度、相位和/或偏振。

33.根据权利要求31或32所述的方法，包括，网格快照所需的衍射照明结构图案至具有由所述空间光调制器的单独的可切换元件所限定的不可分割网格元件的网格。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述所需衍射照明结构图案需要构成照明结构图案的一个或多个单独的图案元件的宽度具有不是每个不可分割网格元件的相关尺寸的整数倍的数值；以及

所述方法包括通过沿着所述单独的图案结构的长度在每个不可分割网格元件的相关尺寸的整数倍的数值之间改变所述单独的图案元件的宽度来近似所述单独的图案元件。

35.根据权利要求33或34所述的方法，其中，所述所需衍射照明结构定向为关于所述网格非正交，因此引起对在衍射照明结构内包括的边缘的混淆效应，所述方法包括使用抗混淆技术减轻所述混淆效应以使得在所述边缘处的网格元件具有色调上的中间变化。

36.根据权利要求35所述的方法，包括，通过确定在从相对方位角方向的每个配对中的第一方向与第二方向入射在所述衍射对准结构上的辐射之间的相位差来测量所述空间光调制器中的漂移。

37.根据权利要求36所述的方法，包括，输出随着所确定相位差改变而反相改变的两个参考支路输出信号；以及根据这些参考支路输出信号的差值确定所述空间光调制器中的所述漂移。

38.根据权利要求37所述的方法，包括，根据这些参考支路输出信号的总和测量从所述照明源发出的辐射中的噪声强度。

39.根据权利要求38所述的方法，包括，分离地检测光学放大的正阶辐射和光学放大的负阶辐射。

40.根据权利要求39所述的方法，包括，根据所分离检测的、光学放大的正阶和负阶获得衍射对准结构非对称性信息。

41.根据权利要求25至40任一项所述的方法，其中，所述高阶衍射是第一阶衍射。

42.根据权利要求25至41任一项所述的方法，包括，调整所述衍射的照明辐射的偏振。

43.根据权利要求25至42任一项所述的方法，包括，在检测之前调整光学放大的辐射的偏振。