CN109313403A - 通过使用锥形光纤的超连续谱生成的广谱辐射 - Google Patents

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Abstract

一种测量装置，包括：锥形光纤，该锥形光纤具有用于接收辐射的输入并且具有用于朝向测量目标提供在光谱上增宽的输出辐射的输出，锥形光纤被配置为在光谱上增宽在输入处接收的辐射；以及检测器系统，被配置为从测量目标接收输出辐射的重定向部分。

Description

通过使用锥形光纤的超连续谱生成的广谱辐射
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年4月19日提交的美国临时专利申请No.62/324,785的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书涉及使用锥形光纤提供在光谱上增宽的辐射的方法和装置。
背景技术
光刻装置是一种将期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻装置可以用于制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用图案形成装置(其可选地称为掩模或掩模版)来生成要在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或几个裸片)上。图案的转移通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含相继被图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的步进器(其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分)和所谓的扫描器(其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反平行于该方向同步地扫描衬底来照射每个目标部分)。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底上。
在光刻工艺中，期望使用光学测量技术进行测量。例如，借助于光刻装置，在衬底上的精确对准位置处相继成像不同的图案。衬底可以在已经彼此对准的相继图像之间经历物理和化学变化。在用至少一个图案的图像曝光之后将衬底从装置中移除，并且在经过期望的工艺步骤之后，将衬底放回以通过另一图案的图像将其曝光，等等，同时必须确保另外的图案和任何后续图案的图像相对于衬底上的至少一个已经曝光的图像准确地定位。为此，衬底设置有一个或多个对准目标(例如，对准标记)以在衬底上提供参考位置，并且光刻装置设置有对准系统以测量一个或多个对准目标的对准位置。通过测量一个或多个对准目标的对准位置，原则上可以预测衬底上的点的位置，例如，可以计算先前曝光的目标部分的位置，并且可以控制光刻装置以曝光位于先前曝光的目标部分之上的相继目标部分。
通常，衬底上的对准目标包括一个或多个衍射结构，诸如衍射光栅。对准系统然后包括对准传感器系统，对准传感器系统具有朝向一个或多个光栅发射辐射的辐射源和用于检测入射辐射的重定向部分(例如，衍射辐射)的检测器，例如，一阶、二阶、三阶和/或更高阶衍射的辐射，其用于确定一个或多个光栅的位置。
此外，期望对所产生的结构进行测量(例如，在衬底上或衬底的抗蚀剂和/或其他层中的器件特征)，例如，用于工艺控制和验证。通常测量或确定结构的一个或多个参数，例如在衬底中或上形成的相继层之间的套刻误差。存在各种用于测量在光刻工艺中形成的微观结构的技术。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量套刻(器件中两个层的对准精度)的专用工具。这种工具的一个示例是被开发用于光刻领域的散射仪。该器件将辐射束引导到衬底表面上的目标上，并且测量重定向辐射的一个或多个特性——例如，作为波长的函数的单个反射角处的强度；作为反射角的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得可以根据其来确定目标的感兴趣特性的“光谱”。可以通过各种技术来确定感兴趣特性：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法、库搜索和主成分分析等迭代方法重建目标结构。与对准一样，目标可以是衍射光栅，例如，通常被另一层中的另一光栅覆盖的一层中的光栅的复合光栅。
发明内容
很多光学测量系统(例如，光刻对准和/或套刻传感器)受益于明亮的空间相干辐射，其具有宽的光谱宽度和短的相干长度，以实现精确对准。此外，期望的是，例如，辐射具有跨越大多数(如果不是全部)可见光谱并且包含高达在约900nm或更高的近红外线的多种颜色/波长。然而，可能难以获得这种明亮的辐射。例如，高功率辐射源(诸如发光二极管(LED))由于其宽的光谱宽度而具有短的相干长度。但是，它可能缺乏足够的光谱辐射亮度。另一方面，诸如激光二极管等激光器本身是明亮的，但具有长的相干长度，这可能在光学传感器中引入例如不希望的相干效应。通过利用各种高速调制技术增宽光谱宽度来减小激光器的相干长度的努力倾向于使辐射源系统复杂且不可靠。
因此，在用于光学测量的可见和/或近红外区域中具有短相干长度、高光谱强度和空间相干性的很多现有广谱辐射源在设计上是复杂的并且具有可靠性和性能问题。因此，例如，希望提供一种相对简单和直接的方法来为光学测量系统提供具有良好性能、良好可靠性和/或较低成本的潜力的广谱辐射。
因此，例如，期望提供一种光学测量装置，其输出具有例如在500nm到900nm之间的波长范围内的宽光谱宽度的亮光谱。此外，尽管不限于此，但辐射源可靠且紧凑并且具有明亮的光谱辐射是有利的。
在一个实施例中，提供了一种测量装置，其包括：锥形光纤，该锥形光纤具有用于接收辐射的输入并且具有用于朝向测量目标提供在光谱上增宽的输出辐射的输出，锥形光纤被配置为在光谱上增宽在输入处接收的辐射；以及检测器系统，被配置为从测量目标接收输出辐射的重定向部分。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：使用锥形光纤在光谱上增宽接收的辐射，以生成输出辐射；将输出辐射提供到测量目标上；以及在检测器系统处从测量目标接收输出辐射的重定向部分。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，在附图中：
图1示意性地描绘了光刻装置的实施例；
图2示意性地描绘了光刻单元或簇的实施例；
图3示意性地描绘了测量装置的实施例；
图4示意性地描绘了测量装置的另一实施例；
图5示意性地描绘了对准传感器装置；以及
图6示意性地描绘了具有在约500nm与约900nm之间的光谱宽度的短相干长度辐射系统的实施例。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，呈现可以实现实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地描绘了光刻装置LA。该装置包括：
-被配置为调节辐射束B(例如，DUV辐射或EUV辐射)的照射系统(照射器)IL；
-支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置；
-衬底台(例如，晶片台)WTa，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底；以及
-投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件、或其任何组合，用于引导、成形或控制辐射。
图案形成装置支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻装置的设计和其他条件(诸如例如图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑结构可以是例如框架或台，其可以根据需要是固定的或可移动的。图案形成装置支撑结构可以确保图案形成装置处于期望的位置，例如相对于投影系统。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。
本文中使用的术语“图案形成装置”应当广义地解释为指代可以用于在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能未必准确地对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如，在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，被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定功能层，诸如集成电路等。
图案形成装置可以是透射的或反射的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移等掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜以便在不同方向上对入射的辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任何组合，视所使用的曝光辐射或诸如浸没液体的使用或真空的使用等其他因素而定。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。
如这里描绘的，该装置是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，该装置可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻装置可以是具有两个(双台)或更多台(例如，两个或更多个衬底台、两个或更多个图案形成装置支撑结构、或衬底台和量测台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加的台，或者可以在一个或多个台上执行准备步骤，同时使用一个或多个其他台进行曝光。
光刻装置也可以是如下的类型：其中至少一部分衬底可以被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。浸没液体也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如，在掩模与投影系统之间。浸入技术在本领域中是公知的，用于增加投影系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不表示诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而是仅表示液体在曝光期间位于投影系统与衬底之间。
参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻装置可以是单独的实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，源不被认为形成光刻装置的一部分，并且辐射束借助于包括例如合适的定向镜和/或扩束器的光束传递系统BD从源SO传递到照射器IL。在其他情况下，源可以是光刻装置的组成部分，例如当源是汞灯时。如果需要，源SO和照射器IL以及光束传递系统BD可以称为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ外和σ内)。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在被保持在图案形成装置支撑件(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。在穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，衬底台WTa可以准确地移动，例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，定位器PM和另一位置传感器(其未在图1中明确示出)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，例如，在从掩模库机械检索之后，或在扫描期间。通常，可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现图案形成装置支撑件(例如，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WTa的移动。在步进器的情况下(与扫描器相反)，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。
图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W可以使用图案形成装置对准目标M1、M2和衬底对准目标P1、P2来对准。尽管所示的衬底对准目标占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划道对准目标)。类似地，在图案形成装置(例如，掩模)MA上设置有多于一个裸片的情况下，图案形成装置对准目标可以位于裸片之间。在器件特征之中，小型对准目标也可以被包括在裸片内，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要与相邻特征不同的成像或工艺条件。下面进一步描述检测对准目标的对准系统。
所描绘的装置可以用于以下模式中的至少一种：
1.在步骤模式下，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa保持基本静止，而被赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后衬底台WTa在X和/或Y方向上移位，从而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。
2.在扫描模式下，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa，同时将被赋予辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WTa相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式下，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT保持基本静止以保持可编程图案形成装置，并且衬底台WTa被移动或扫描，同时被赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上。在这种模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在扫描期间在衬底台WTa的每次移动之后或者在相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。
光刻装置LA是所谓的双台型，其具有两个台WTa、WTb(例如，两个衬底台)和两个站(曝光站和测量站)，衬底台可以在曝光站和测量站之间交换。例如，当一个台上的衬底在曝光站处曝光时，另一衬底可以在测量站处加载到另一衬底台上并且执行各种准备步骤。准备步骤可以包括使用调平传感器LS映射衬底的表面控制并且使用对准传感器AS测量对准目标在衬底上的位置，两个传感器由参考框架RF支撑。如果位置传感器IF在处于测量站以及曝光站处时不能测量台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处跟踪台的位置。作为另一示例，当一个台上的衬底在曝光站处曝光时，没有衬底的另一台在测量站处等待(其中可选地可以发生测量活动)。该另一台具有一个或多个测量装置，并且可以可选地具有其他工具(例如，清洁装置)。当衬底完成曝光时，没有衬底的台移动到曝光站以执行例如测量，并且具有衬底的台移动到衬底被卸载并且另一衬底被加载的位置(例如，测量站)。这些多台布置使得装置的吞吐量显著增加。
如图2所示，光刻装置LA形成光刻单元(lithographic cell)LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元(lithocell)或光刻簇，光刻单元LC还包括用于对衬底执行一个或多个曝光前和曝光后处理的装置。常规地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的一个或多个旋涂器SC、用于显影曝光的抗蚀剂的一个或多个显影剂DE、一个或多个激冷板CH和一个或多个烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理装置之间移动衬底并且将其传送到光刻装置的装载台LB。这些通常统称为轨道的装置受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身由监控系统SCS控制，监控系统SCS还经由光刻控制单元LACU控制光刻装置。因此，可以操作不同的装置以最大化吞吐量和处理效率。
如上所述，衬底(和/或衬底台和/或图案形成装置)可以设置有一个或多个对准目标以在衬底上提供参考位置，并且光刻装置设置有用于测量一个或多个对准目标的对准位置的对准系统。通过测量一个或多个对准目标的对准位置，原则上可以预测衬底上的一个或多个点的位置，例如，可以计算先前曝光的目标部分的位置，并且光刻装置可以被控制为曝光先前曝光的目标部分顶上的相继目标部分。
通常，衬底上的对准目标包括一个或多个衍射光栅。然后，光刻装置的对准系统包括对准传感器系统，对准传感器系统具有朝向一个或多个光栅发射辐射的辐射源和用于检测来自一个或多个光栅的衍射辐射的检测器，例如，一阶、二阶、三阶和/或更高阶衍射的辐射，其用于确定一个或多个光栅的位置。
附加地或替代地，为了使由光刻装置曝光的衬底正确且一致地曝光，期望检查曝光的衬底以测量一个或多个性质，诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到错误，则可以对一个或多个后续衬底的曝光进行调节，特别是在检查可以很快进行并且足够快以使同一批次的另一衬底仍然待被曝光的情况下。而且，已经曝光的衬底可以被剥离和再加工(以提高产量)或丢弃，从而避免在已知有缺陷的衬底上进行曝光。在仅衬底的一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分进行进一步的曝光。另一种可能性是调节后续工艺步骤的设置以补偿误差，例如，可以调节修整蚀刻步骤的时间以补偿由光刻工艺步骤产生的衬底到衬底CD变化。
检查装置用于确定衬底的一个或多个特性，并且特别地确定不同衬底的一个或多个特性或同一衬底的不同层如何在层与层之间和/或跨衬底而变化。检查装置可以集成到光刻装置LA或光刻单元LC中，或者可以是独立装置。为了实现最快速的测量，期望检查装置在曝光之后立即测量曝光的抗蚀剂层中的一个或多个特性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度——在已经曝光于辐射的抗蚀剂部分与没有曝光于辐射的抗蚀剂部分之间仅存在非常小的折射率差异——并且并非所有检查装置都具有足够的灵敏度来对潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，该PEB步骤通常是在曝光的衬底上进行的第一步骤并且增加了抗蚀剂的曝光和未曝光部分之间的对比度。在这个阶段，抗蚀剂中的图像可以称为半潜的。还可以测量显影的抗蚀剂图像——此时已经去除抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分——或者在诸如蚀刻等图案转移步骤之后。后一种可能性限制了有缺陷衬底返工的可能性，但仍然可以提供有用的信息，例如，出于工艺控制的目的。
图3描绘了测量装置SM1的实施例。它包括辐射投影器2(例如，宽带(白光)辐射投影器)，其将辐射投影到衬底6的目标(例如，衍射光栅)上。反射的辐射被传递到检测器4(例如，光谱仪检测器)，在这种情况下，检测器4测量镜面辐射的光谱10(即，作为波长的函数的强度的测量)。根据该数据，产生检测到的光谱的结构或分布可以例如由处理单元PU重建，例如，通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与图3底部所示的模拟光谱库进行比较。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且一些参数是从制造结构的工艺的知识中假定的，只留下结构的一些参数要从散射测量数据来确定。这种散射仪可以被配置为垂直入射散射仪或倾斜入射散射仪。
图4中示出了测量装置SM2的另一实施例。在该装置中，由辐射源2发射的辐射使用透镜系统12被聚焦穿过干涉滤光器13和偏振器17，由部分反射表面16反射并且经由物镜15聚焦到衬底W的目标上，物镜15具有高数值孔径(NA)，理想地为至少0.9或至少0.95。浸没测量(在透镜15与衬底W之间使用液体)甚至可以具有数值孔径大于1的透镜。然后，反射的辐射透过部分反射表面16进入检测器18，以便检测散射的辐射。检测器可以位于背投影光瞳平面11中，背投影光瞳平面11位于透镜15的焦距处，然而，光瞳平面可以用辅助光学器件(未示出)重新成像到检测器18上。光瞳平面是辐射的径向位置限定入射角并且角位置限定辐射的方位角的平面。检测器例如是二维检测器，从而可以测量衬底目标的二维角散射光谱(即，作为散射角的函数的强度的测量)。检测器18可以是例如CCD或CMOS传感器阵列，并且可以具有例如每帧40毫秒的积分时间。
例如，经常使用参考光束来测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射在部分反射表面16上时，其一部分作为参考光束穿过表面朝向参考反射镜14传输。然后将参考光束投影到同一探测器18的不同部分上。
一个或多个干涉滤光器13可用于选择感兴趣的波长，例如在405-790nm或甚至更低的范围内，诸如200-300nm。干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替一个或多个干涉滤光器或除了一个或多个干涉滤光器之外还使用光栅。
检测器18可以测量单个波长(或窄波长范围)处的散射辐射的强度、分别在多个波长处的强度或在波长范围上积分的强度。此外，检测器可以分别测量横向磁(TM)和横向电(TE)偏振辐射的强度和/或横向磁和横向电偏振辐射之间的相位差。
使用宽带辐射源2(即，具有宽范围的辐射频率或波长并且因此具有宽范围的颜色的辐射源)是可能的，这提供了大的集光率，以允许多个波长的混合。期望宽带中的多个波长各自具有为δλ的带宽和为至少2δλ的间隔(即，波长带宽的两倍)。几个辐射的“源”可以是已经使用例如光纤束分开的延伸的辐射源的不同部分。以这种方式，可以在多个波长上并行地测量角度分辨散射光谱。可以测量3D光谱(波长和两个不同的角度)，其包含比2D光谱更多的信息。这允许测量更多信息，这增加了量测过程的稳健性。这在美国专利申请公开No.US 2006-0066855中更详细地描述，该文献通过引用整体并入本文。
通过比较在被目标重定向之前和之后的光束的一个或多个性质，可以确定衬底的一个或多个性质。例如，这可以通过将重定向的光束与使用衬底的模型计算的理论重定向的光束进行比较、并且搜索在测量的和计算的重定向的光束之间给出最佳拟合的模型来完成。通常使用参数化的通用模型，并且改变模型的参数，例如图案的宽度、高度和侧壁角度，直到获得最佳匹配。
使用两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并且测量散射到特定窄角度范围内的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。角度分辨散射仪使用单色辐射束，并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度(或在椭圆偏振测量配置的情况下的强度比和相位差)。备选地，可以分别测量不同波长的测量信号并且在分析阶段将其组合。偏振辐射可以用于从同一衬底生成多于一个光谱。
为了确定衬底的一个或多个参数，通常在从衬底的模型产生的理论光谱与由重定向光束产生的测量光谱之间找到最佳匹配，作为任一波长(光谱散射仪)或角度(角度分辨散射仪)的函数。为了找到最佳匹配，存在各种方法，这些方法可以组合。例如，第一种方法是迭代搜索方法，其中第一组模型参数用于计算第一光谱，与测量的光谱进行比较。然后，选择第二组模型参数，计算第二光谱，并且将第二光谱与测量的光谱进行比较。重复这些步骤，目的是找到给出最佳匹配光谱的参数集。通常，来自比较的信息用于引导后续参数集的选择。该过程称为迭代搜索技术。具有给出最佳匹配的参数集的模型被认为是对测量的衬底的最佳描述。
第二种方法是制作光谱库，每个光谱对应于模型参数的特定集合。通常，选择模型参数的集合以覆盖衬底性质的所有或几乎所有可能的变化。将测量的光谱与库中的光谱进行比较。与迭代搜索方法类似，具有对应于给出最佳匹配的光谱的参数集的模型被认为是对测量的衬底的最佳描述。可以使用插值技术来更准确地确定该库搜索技术中的最佳参数集。
在任何方法中，应当使用计算的光谱中的足够的数据点(波长和/或角度)以便能够进行准确匹配，通常在每个光谱80到800个数据点或更多数据点之间。使用迭代方法，每个参数值的每次迭代将涉及在80或更多个数据点处的计算。这乘以获得正确的分布参数所需要的迭代次数。因此可能需要很多计算。在实践中，这导致准确性与处理速度之间的折衷。在库方法中，在准确性与设置库所需要的时间之间存在类似的折衷。
在另一测量实施例中，可以检测辐射并且将一阶辐射的测量强度的差异与来自测量目标(例如，包括覆盖衬底上的不同层中的另一光栅的光栅)的感兴趣的参数(例如，套刻)相关联。
在上述任何测量装置中，衬底W上的目标可以是印刷的光栅，使得在显影之后，这些特征由固体抗蚀剂线形成。备选地，可以将这些特征蚀刻到衬底中。
在一个实施例中，选择对诸如光刻投影装置中的焦点、剂量、套刻、色差等感兴趣的参数敏感的目标图案，使得相关参数的变化将表现为印刷目标的变化。例如，目标图案可能对光刻投影装置(特别是投影系统PL)中的色差敏感，并且照射对称性和这种像差的存在将表现在印刷目标图案的变化中。因此，印刷目标图案的散射测量数据用于重建目标图案。诸如线宽和形状等目标图案的参数可以输入到由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他散射测量工艺的知识执行的重建过程。
虽然本文中已经描述了散射仪的实施例，但是在一个实施例中可以使用其他类型的量测装置。例如，可以使用诸如美国专利申请公开No.2013-0308142中描述的暗场量测装置，该申请通过引用整体并入本文。此外，那些其他类型的量测装置可以使用与散射测量法完全不同的技术。
并且，虽然已经描述了检查装置的示例(主要基于散射测量原理操作)，但是对准装置基于以下的类似原理来操作：从源向目标(例如，对准光栅)上提供辐射，使用检测器检测来自目标的辐射的重定向部分(例如，衍射)，以及分析检测到的辐射以确定两个或更多个物体(例如，衬底和图案形成装置)之间的对准。
图5是示出示例性对准系统100的示意图。对准系统100包括向棱镜108提供电磁辐射106的相干照射源104，诸如激光器。至少一部分电磁辐射从界面110反射，以照射对准目标112(例如，对准标记)，对准目标112可以位于衬底W上，衬底台WT上，等等。对准目标112可以具有180度对称性。180度对称性表示当对准目标112围绕垂直于对准目标112的平面的对称轴旋转180度时，对准目标与未旋转的对准目标基本相同。这个成立的轴称为对称轴。在一个实施例中，对准目标112位于衬底W上的辐射敏感膜中。
在一个实施例中，在对准目标112与辐射束之间沿由箭头114指示的方向提供相对运动(通过例如移动衬底台WT)。由对准目标112重定向的电磁辐射穿过棱镜108并且由图像旋转干涉仪116收集。应当理解，不需要形成高质量的图像，而是应当解析对准目标的特征。图像旋转干涉仪116可以是任何适当的光学元件集合，并且在一个实施例中，是形成对准目标的两个图像的棱镜的组合，将一个图像相对于另一图像旋转180度并且然后干涉地重新组合这两个图像使得当与对准目标112对准时，电磁辐射将在偏振方面或在幅度方面相长干涉或相消干涉，使得可容易地检测对准目标112的中心。穿过由干涉仪116建立的旋转中心的光线限定了传感器对准轴118。
检测器120从图像旋转干涉仪116接收电磁辐射。检测器120然后向信号分析器122提供一个或多个信号。信号分析器122耦合到衬底台WT或其位置传感器IF，使得当确定对准目标112的中心时，衬底台WT的位置是已知的。因此，参考衬底台WT准确地知道对准目标112的位置。备选地，对准传感器100的位置可以是已知的，使得对准目标112的中心参考对准传感器100是已知的。因此，对准目标112的中心相对于参考位置的精确位置是已知的。
在一个实施例中，照射源104包括4色激光模块组件(LMA)和偏振复用器(PMUX)。LMA被配置为生成四个不同的激光束。例如，LMA 30可以生成532nm绿色波长的辐射束、633nm红色波长的辐射束、780nm近红外波长的辐射束和850nm远红外波长的辐射束。偏振复用器被配置为将由LMA生成的四个激光束复用成单个偏振光束，该单个偏振光束用作对准系统100的照射源。
具有高亮度的辐射源对于光刻中的各种工艺是期望的，诸如测量图案形成装置和/或衬底的对准、散射测量等。还可能希望辐射源在标称波长附近具有宽的光谱宽度，并且光谱宽度可调且稳定。此外，可能希望辐射源具有不同的带宽。此外，可能希望辐射源根据目标特征尺寸、薄膜化学物(例如，光致抗蚀剂、抗反射涂层等)、一个或多个薄膜光学特性(例如，折射率、透射率等)和/或在光刻工艺中使用的一个或多个薄膜叠层特性(例如，厚度)提供各种不同的颜色。另外，希望辐射源具有短的相干长度，以便例如减少来自杂散或虚反射的相干干涉效应。
根据一个实施例，提供了一种辐射源，其在标称波长附近具有相对宽的光谱宽度。根据一个实施例，通过以下方式来提供辐射源：将激光器输出辐射(连续波和/或以周期性光脉冲链的形式脉冲)耦合到锥形光纤的输入端，并且在锥形光纤中在光谱上增宽辐射，使得锥形光纤输出端的输出辐射具有选自500nm与900nm(或更高)之间的光谱宽度，例如，包含500nm到900nm光谱区域的光谱宽度。
为了实现这样的光谱宽度，可以调节激光器的参数和/或锥形光纤的参数。例如，可以调节激光器的参数，诸如波长、平均功率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲重复率或从其中选择的任何组合，以提供输出辐射的光谱宽度。例如，可以调节锥形光纤的参数，诸如锥形腰部的宽度(例如，直径)，以控制光纤的色散，从而将所使用的激光波长置于光纤的异常色散并且促进激光辐射的基于光孤子的光谱增宽。也就是说，可以使得群速度色散(GVD)在具有适当的锥形腰部截面尺寸(例如，直径或宽度)的可见光或近红外波长处异常。附加地或替代地，光纤的非锥形部分和/或过渡部分(在非锥形部分和锥形腰部之间)的一个或多个尺寸(诸如核心和/或包层截面尺寸(例如，直径)和/或长度)可以被调节，以改善和/或最大化系统的性能，诸如系统的传输、生成的光谱宽度和/或输出光束的空间模式质量。
在一个实施例中，通过将两个或更多个激光器耦合到锥形光纤的输入端来提供辐射源。两个或更多个激光器中的每个提供连续或脉冲辐射。在一个实施例中，两个或更多个激光器各自具有500nm到900nm光谱范围内的波长，并且用于生成在500nm到900nm(或更高)光谱区域内的广谱辐射。使用多于一个激光器可以改善系统的输出功率和/或提供激光器方面的冗余。在一个实施例中，可以同时使用具有在检测器系统的光谱响应内的波长的多个激光器，以实现检测器所需要的功率、光谱宽度和/或可靠性。在一个实施例中，根据所使用的激光的波长和/或偏振，激光器输出被组合用于具有二向色或偏振组合器的锥形光纤。在一些示例中，两个或更多个激光器可以具有不同的偏振并且与偏振组合器组合。在一些示例中，两个或更多个激光器可以具有与至少一个二向色镜组合的不同标称波长。
图6示意性地描绘了具有选自500nm与900nm之间的光谱宽度(例如，包含500nm到900nm光谱区域)的短相干长度辐射系统的实施例。系统600包括经由一个或多个光学元件620向锥形光纤630提供输入辐射615(例如，以周期脉冲链的形式)的辐射源610。在一个实施例中，在自由空间中提供输入辐射615。在一个实施例中，辐射源610包括具有选自500nm与900nm之间的一个或多个波长的激光器输出辐射(例如，钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、红宝石激光器、基于镨的激光器、诸如Nd:YAG或Er:Yd激光器等倍频红外激光器、可见光激光二极管或近红外NIR激光二极管等。在一个实施例中，辐射源610包括在约780nm的标称波长处操作的自由空间脉冲激光器(例如，钛蓝宝石脉冲激光器)。在一个实施例中，辐射源610包括具有与自由空间偏振组合器组合的不同偏振的两个或更多个激光器(例如，以下中的两个或更多个或者选自以下的两个或更多个的组合：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、红宝石激光器、基于镨的激光器、诸如Nd:YAG或Er:Yd激光器等倍频红外激光器、可见光激光二极管或近红外NIR激光二极管)。在一个实施例中，辐射源610包括具有与至少一个二向色镜组合的不同波长的两个或更多个激光器(例如，以下中的两个或更多个或者选自以下的两个或更多个的组合：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、红宝石激光器、基于镨的激光器、诸如Nd:YAG或Er:Yd激光器等倍频红外激光器、可见光激光二极管或近红外NIR激光二极管)。在一个实施例中，在这种情况下，一个或多个光学元件620包括例如准直器和/或耦合透镜。在一个实施例中，在光纤中提供输入辐射615。在一个实施例中，辐射源610包括在约780nm的标称波长处操作的光纤激光器(例如，倍频铒光纤激光器)。在一个实施例中，辐射源610包括具有由至少一个基于光纤的偏振光束组合器组合的不同偏振的两个或更多个光纤激光器(例如，倍频铒光纤激光器)。在一个实施例中，辐射源610包括具有与多路复用模块或至少一个光纤耦合器组合的不同波长的两个或更多个光纤激光器(例如，倍频铒光纤激光器)。在一个实施例中，在这种情况下，一个或多个光学元件620可以包括例如光学连接器。
在锥形光纤630的输出处获得输出辐射665。然后将输出辐射665提供给输出光学器件670，输出光学器件670可以包括例如准直器、透镜、棱镜、光栅、标准具、光谱滤波器或其他光学元件。在一个实施例中，波长敏感光学器件(诸如光谱滤波器)、标准具或在光谱上色散的光学器件(诸如与空间滤波耦合的棱镜或光栅)(其中通带波长位于输出辐射的光谱内)可以放置在光纤之后以选择和/或控制在光谱上增宽的辐射的波长和光谱宽度，以供下游使用。因此，在一个实施例中，在锥形光纤630的输出处或其下游提供带通滤波器，以减小和/或控制输出辐射的波长和/或光谱宽度。例如，光谱宽度可以大于期望值，并且带通滤波器可以减小光谱宽度或选择输出光谱宽度的特定光谱宽度。在一个实施例中，带通滤波器是可调节的，以提供不同量的滤波和不同波长。作为可调滤波器的示例，可以提供交换器用于将多个滤波器中选定的一个滤波器放入光束路径中，每个滤波器特定于不同波长或量的光谱宽度。交换器可以是旋转轮，其将不同的滤波器旋转到光束路径中。然后将来自输出光学器件670的辐射680提供给例如衬底W上的目标以用于光学测量。
在一个实施例中，输入辐射615的标称波长与光学传感器被设计的一个或多个波长(在一个实施例中，多个波长)相比一致或者更短。标称波长在光学传感器的设计的一个或多个波长处或附近的激光器的光谱增宽提供了更直接、有效和可靠的手段，以生成传感器的宽光谱宽度辐射。换言之，由于涉及更主要和有效的非线性光学过程，标称波长处于或短于传感器所需要的一个或多个波长的激光的光谱增宽通常比具有更长波长的激光更有效和稳定。
如上所述，辐射源610可以包括一个或多个脉冲激光器。一个或多个脉冲激光器中的每个由其脉冲宽度(其是激光器发射的单个辐射脉冲的持续时间)和平均功率(其测量激光器每单位时间发射的总能量)表征。可以表征脉冲激光的附加参数包括但不限于峰值脉冲功率、脉冲间隔或脉冲重复频率。各种脉冲激光器的脉冲宽度可以短至几飞秒(fs)或更短，或者长达10皮秒(ps)。平均激光功率可以在约1mW至约10W之间变化。此外，来自脉冲激光器的脉冲的重复率可以在约1kHz至超过100MHz之间变化。
如图6所示，锥形光纤630包括第一非锥形区域640、第一过渡区域645、锥形区域650、第二过渡区域655和第二非锥形区域660。第一非锥形区域640和第二非锥形区域660的核心截面尺寸(例如，直径)高达约10μm。第一非锥形区域640和第二非锥形区域660的包层截面尺寸(例如，直径)高达约140μm。因此，在一个实施例中，第一非锥形区域640和第二非锥形区域660中的核心之上的包层的厚度高达约65μm。在一个实施例中，第一非锥形区域645的长度与第二非锥形区域660的长度相同。在一个实施例中，第一非锥形区域645的长度不同于第二非锥形区域660的长度。
第一过渡区域645被配置为将第一非锥形区域640联接到锥形区域650。类似地，第二过渡区域655被配置为将锥形区域650联接到第二非锥形区域660。在一个实施例中，第一过渡区域645和第二过渡区域655的长度在约1cm与约5cm之间。在一个实施例中，第一过渡区域645的长度等于第二过渡区域655的长度。在一个实施例中，第一过渡区域645的长度不同于第二过渡区域655的长度。
锥形区域650是输入辐射615主要在光谱上增宽以输出辐射665的位置。锥形区域650的长度在约10cm到约50cm之间。有时，锥形区域650的长度被称为锥形光纤630的临界长度。锥形区域650的截面尺寸(例如，直径)在约1.0μm到约2.5μm之间。在一个实施例中，锥形区域650的截面尺寸小于第一非锥形区域640和第二非锥形区域660的核心截面尺寸。在一个实施例中，锥形区域650可以暴露于大气(即，没有任何外部材料)或者可以在其周围设置有材料(例如，以支撑薄的锥形区域)。在锥形区域650在其周围设置有材料的情况下，锥形区域650可以被认为是核心。
为了实现足够高的光谱增宽，应当在锥形光纤的锥形区域650中提供高强度辐射。如上所述，第一非锥形区域640和第二非锥形区域660的核心截面尺寸大于锥形区域650的截面尺寸。这被设计成使得第一非锥形区域640和第二非锥形区域660中的辐射强度从锥形区域650中的辐射强度显著减小，因为强度与束斑截面尺寸(例如，直径)的平方成反比。结果，减小了锥形光纤630的输入端面和输出端面中的光学损坏的风险。在一个实施例中，光纤输入和/或输出端面处的光学损坏的风险(例如，其中锥形朝向输入端面减小或者锥形从输出端面扩展)可以利用融合在它们上的端盖或锥形光纤进一步降低。与用于光谱增宽的锥形光纤630的非锥形输入端640熔合的锥形光纤也可以促进激光束与锥形光纤的耦合。另外，融合到输入/输出端的锥形光纤的非锥形区域便于与其他标准光纤和/或上游/下游光学器件对接。
在一个实施例中，光谱增宽导致在标称波长附近的光谱宽度大于0.5nm。在一个实施例中，光谱增宽导致在标称波长附近的光谱宽度大于2nm。
在一个实施例中，输出辐射665的光谱宽度相对较宽。在一个实施例中，光谱增宽导致超连续谱。在一个实施例中，超连续谱的光谱宽度在标称波长附近大于或等于约350nm，大于或等于400nm，大于或等于500nm，或大于或等于900nm。在一个实施例中，超连续谱的光谱宽度选自约500nm到900nm的范围。
在一个实施例中，光谱宽度关于标称波长对称。在一个实施例中，光谱宽度关于标称波长是不对称的。在一个实施例中，在光谱宽度不对称的情况下，光谱宽度的约5％或更小、约10％或更小、约20％或更小、约30％或更小、或约40％或更小低于标称波长。
对于具有强度调制的脉冲激光辐射或激光辐射，称为自相位调制(SPM)的非线性光学过程可以发生在非线性光学介质中，其折射率根据辐射强度而变化，即光学克尔效应(即，特别是在锥形光纤的锥形区域中)。在锥形光纤的锥形区域中出现的SPM可以通过以下等式在数学上描述：
n＝n0+n2I
(I)
其中n是锥形光纤的锥形区域的强度变化折射率，n0是锥形光纤的标称折射率，n2是光纤的锥形区域的电光系数，并且I是锥形区域的强度。电光系数特定于光纤的材料。例如，二氧化硅的电光系数约为3.2×10-20m2/W。然后，在具有波长频率k的光纤长度L之上的相变Δφ是：
并且所得到的频率增宽Δv(t)为：
其中λ是输入激光辐射的波长。
因此，通常，光谱增宽的量与锥形光纤的临界长度L(即，锥形光纤630的锥形区域650的长度)成正比，并且例如对于具有给定脉冲能量的较短脉冲而言较大，其中强度随时间变化的速率更快。因此，通过改变激光器的功率、激光器的脉冲宽度、锥形光纤的锥形区域的截面尺寸和/或锥形光纤的临界长度(即，锥形区域的长度)，可以实现系统中生成的在光谱上增宽的辐射的不同带宽和功率。输出辐射的光谱宽度可以随着锥形光纤的锥形区域L的更高的输入泵浦功率和/或更长的长度而增加。可以肯定的是，虽然上述等式中的比例通常应当适用于超连续谱光谱增宽，但由于例如通过锥形腰部的尺寸来控制的锥形光纤的反常色散区域中的标称激光波长而生成的基于光孤子的非线性光学过程中的非线性，上述等式的实际结果可能无法得到超连续谱光谱增宽的准确结果。通常，锥形光纤650的反常色散区域将随着锥形光纤腰部截面尺寸(例如，直径)的减小而移向较短波长。
在足够高的强度和适当的相互作用长度的情况下，SPM的非线性效应可以通过诸如交叉相位调制(XPM)、调制不稳定性(MI)、受激拉曼散射(SRS)和/或四波混频(FWM)等其他非线性过程增强。这些过程可能导致超过100nm的进一步光谱增宽，产生超连续谱辐射输出。例如，为了产生超连续谱增宽，锥形光纤的临界长度(即，锥形区域的长度)将很长，激光输入辐射功率将很高，和/或脉冲长度将很短。
在拉曼散射中，在激光辐射中生成称为斯托克斯(反斯托克斯)辐射的辐射，其具有从输入激光频率下移(上移)的频率。在介质中具有足够的激光强度和相互作用长度的情况下，斯托克斯辐射可以在SRS的情况下生长并且消耗输入能量。SRS过程的级联生成更多的低频辐射。在存在强输入和斯托克斯辐射的情况下，在SRS期间可以生成反斯托克斯辐射，其中频率从输入频率上移。频移取决于介质的振动模式。
除了拉曼散射之外，可以利用四波混频(FWM)过程生成附加频率，其中多个辐射场相互作用以产生新的辐射场，其中总能量被保存并且辐射场的相位匹配被实现。此外，SPM和XPM对辐射的光谱增宽可以使辐射光谱变宽并且合并并且形成广谱。
具有拉曼增益系数gr、直径d和衰减系数α的光纤中SRS的阈值辐射强度Pth近似为：
其中
然而，在锥形光纤650的反常色散区域内的标称激光波长的情况下，由于光孤子的存在和相关非线性光学过程，激光束的光谱增宽将由锥形光纤650腰部中的超连续谱生成主导。
应当注意，通过将激光辐射耦合到锥形光纤中实现的光谱增宽围绕激光辐射的标称波长可以不是对称的。通过这种光谱增宽获得的光谱范围可以由上面提到的数学等式和/或光学机构控制。然而，在一些实施例中可以使用合适的参数值或通过适当的下游光谱滤波/选择光学器件来实现对称光谱增宽。
辐射的相干长度与其光谱宽度成反比。因此，通过增宽来自激光器的辐射的光谱宽度，可以缩短辐射的相干长度。例如，可以实现小于约750微米的相干长度。例如，可以实现选自约400微米到约750微米的范围的相干长度。在一个实施例中，可以实现小于约0.5mm的相干长度。短相干长度是有利的，因为它可以例如减少在例如对准期间存在的杂散或虚反射的干涉效应。在各种实施例中，辐射的相干长度选自约400μm到约750μm的范围。显然，实际相干长度将取决于标称波长和输入辐射的相干长度(例如，绿色波长中的辐射)以及如本文所述实现的光谱增宽以及光学对准传感器系统的下游光学器件选择的光谱宽度。
在一个实施例中，如本文所述的用于增宽激光器的标称波长的激光器和锥形光纤可以有利地减少光学传感器(例如用于诸如对准检测器的光学传感器等光刻应用的光学传感器)中的相干偏移效应。例如，对准传感器可能需要在可见光中的明亮的短相干长度辐射，并且如本文所述的增宽可以降低由这种亮度短相干长度辐射引起的这种传感器中的相干效应。相干偏移效应源自例如传感器中的光学元件之间的腔体。这种腔体可能在很大程度上是不可校正的，并且因此增宽可以对其进行补偿。如所描述的短相干长度和增宽可以减少由这种相干效应引起的15pm或更多的对准偏移。
通过例如调节输入辐射的一个或多个参数，可以可靠且容易地调节本文所述的辐射源的光谱宽度。例如，可以通过减小脉冲宽度(即，增加强度变化率)或增加输入辐射的强度来增加光谱宽度，或者可以通过增加脉冲宽度(即，减小辐射强度的变化率)或降低输入辐射的强度来减小光谱宽度。附加地或替代地，可以通过增加锥形光纤的临界长度(即，锥形区域的长度)或增加锥形光纤的电光系数(特别是在锥形光纤的锥形区域中)来增加光谱宽度，或者通过减小锥形光纤的临界长度(即，锥形光纤的锥形区域的长度)或减小锥形光纤的电光系数(特别是在锥形光纤的锥形区域中)来减小光谱宽度。
在一个实施例中，锥形光纤630通过加热和拉伸常规的二氧化硅基光纤形成，例如标准阶跃折射率或渐变折射率光纤，其具有例如圆柱形截面。常规二氧化硅基光纤可以是单模光纤、几模光纤或多模光纤。
在一个实施例中，锥形光纤630支持单个光学模式或多个光学模式。在一个实施例中，锥形光纤630可以由一种或多种材料制成，例如，选自未掺杂或掺杂的二氧化硅、氟锆酸盐、氟铝酸盐、硫属化物玻璃、塑料或折射率根据辐射强度而变化的任何其他材料的一种或多种材料。
因此，在一个实施例中，通过将辐射泵浦到锥形光纤中以通过非线性过程产生辐射，可以同时获得宽光谱和短相干长度。也就是说，辐射被耦合到具有小锥形腰部的锥形光纤中，其中由于辐射强度变化的高速率和锥形光纤的复杂色散特性而产生的一个或多个非线性光学过程在锥形光纤中的输入辐射的波长的任一侧生成广谱或连续辐射。特别地，在一个实施例中，在锥形光纤中使用非线性过程产生在可见光和/或近红外区域中(例如，在500至900nm区域中)的广谱辐射。在一个实施例中，使用锥形光纤和具有在可见光或近红外区域中的输出波长(并且具有例如短皮秒或飞秒脉冲)的激光辐射产生辐射。在一个实施例中，所生成的辐射是超连续谱。
在一个实施例中，通过使用在可见光谱或输出辐射的光谱内的输入辐射，而不是例如在可见光之外或未在输出辐射的光谱内的辐射，可以减小输出辐射的功率谱(例如，可见光辐射的光谱)的不稳定性或噪声，因为这种不稳定性或噪声趋向于随着输出辐射和输入辐射之间的波长差异而增加，这是由于负责生成超连续谱的基础非线性光学过程的动态。这可以改善被设计用于输出辐射光谱(例如，在可见光或500至900nm区域中)的测量系统检测器的性能。
例如，使用锥形光纤来提供泵浦激光辐射的非线性光谱扩展，与更复杂的和/或昂贵的解决方案相比，降低了成本，增强了简单性，提高了可靠性和/或提供了系统设计的灵活性。锥形光纤的使用使得系统具有可扩展的性能并且能够满足测量传感器的性能和可靠性要求。
如上所述，在一个实施例中，可以通过优化锥形光纤的一个或多个参数(诸如锥形腰部的长度和/或截面尺寸(例如，直径))和/或泵浦激光辐射的一个或多个参数(诸如泵浦辐射波长、平均功率、脉冲持续时间和/或脉冲重复率)来在设计方面定制系统。在一个实施例中，输出辐射在对准传感器的光谱范围内或附近。
如上所述，在一个实施例中，可以使用普通的二氧化硅基光纤。在一个实施例中，端盖可以熔合到锥形光纤的输入端面上，以降低辐射的光强度(从而例如降低光学损坏的可能性，并且从而提高系统的可靠性)。
如上所述，在一个实施例中，为了例如增加系统的输出功率，可以使用偏振组合器来组合可见光中的两个线性偏振激光器，以提供泵浦辐射。在一个实施例中，可以使用一个或多个二向色镜组合具有不同输出波长的多个泵浦激光器。通过使用多个激光器，可以通过例如启用泵浦激光器冗余来增加系统的寿命/可靠性。
如上所述，在一个实施例中，激光辐射由泵浦激光器产生，以产生具有绿色波长的辐射，例如通过约780nm激光器，通过钛蓝宝石激光器或通过倍频铒激光器。
激光器广泛可获得。另外，锥形光纤可以相对容易地制备，例如通过加热和拉伸常规光纤。因此，使用一个或多个激光器和锥形光纤来提供短的相干长度，在标称可见波长附近的宽光谱宽度辐射可以有利地导致对现有测量系统设置的最小破坏，同时有利地提供有效、可靠和可调谐的手段来在诸如ASML的SMASH对准传感器等量测装置中扩展辐射的光谱宽度。
因此，在一个实施例中，通过锥形光纤中的超连续谱生成(SCG)生成用于诸如对准传感器等测量装置的500至900nm宽谱宽辐射。在相对简单和通用的锥形光纤设计中，例如，锥形光纤的反常色散可以通过相对于所使用的激光的波长操纵锥形腰部尺寸来调节。基于光孤子的非线性光学过程有助于超连续谱生成，并且通过在非线性介质的反常色散区域中操作激光来促进它们。实际上，可以使得群速度色散(GVD)在具有适当的锥形腰部尺寸(例如，直径)的可见波长处异常。因此，测量装置的传感器的光谱区域内的激光器可以用于增强性能(例如，效率、噪声、光谱覆盖率等)。并且，在一个实施例中，可以使用多于一个激光器以获得更好的可靠性(激光器中的冗余)和/或性能。
在一个实施例中，提供了一种测量装置，其包括：锥形光纤，该锥形光纤具有用于接收辐射的输入并且具有用于朝向测量目标提供在光谱上增宽的输出辐射的输出，锥形光纤被配置为在光谱上增宽在输入处接收的辐射；以及检测器系统，被配置为从测量目标接收输出辐射的重定向部分。
在一个实施例中，锥形光纤包括用于在其核心处接收辐射的非锥形区域和用于提供在光谱上增宽的输出辐射的锥形区域，其中锥形区域的截面尺寸小于非锥形区域的核心的截面尺寸。在一个实施例中，非锥形区域的核心截面尺寸和/或用于接收在光谱上增宽的输出辐射的锥形光纤的非锥形区域的核心截面尺寸高达约10μm。在一个实施例中，锥形区域的截面尺寸高达约2.5μm。在一个实施例中，其中锥形区域的长度在约10cm与约50cm之间。在一个实施例中，第一过渡区域被配置为联接非锥形区域和锥形区域，并且其中第一过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。在一个实施例中，第二过渡区域被配置为联接锥形区域和另外的非锥形区域，并且其中第二过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。在一个实施例中，锥形光纤所具有的材料的折射率根据入射在锥形光纤上的辐射的强度而变化。在一个实施例中，锥形光纤支持至少一种光学模式。在一个实施例中，在锥形光纤的输入处的所接收的辐射由具有在可见光或近红外内的标称波长的激光器生成，并且输出辐射在可见光或近红外内。在一个实施例中，激光器是脉冲激光器。在一个实施例中，激光器是钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器或基于镨的激光器。在一个实施例中，激光器是倍频铒激光器或可见光激光二极管或NIR激光二极管。在一个实施例中，在锥形光纤的输入处的所接收的辐射是来自两个或更多个激光器的辐射的组合。在一个实施例中，激光器中的两个或更多个激光器是选自以下各项的一个或多个激光器：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、基于镨的激光器、倍频铒激光器、可见光激光二极管和/或近红外激光二极管。在一个实施例中，该装置还包括控制系统，控制系统被配置为调节激光器的参数，使得输出辐射的光谱宽度在500nm与900nm之间的范围内。在一个实施例中，参数是平均功率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复率或从上述各项中选择的任何组合。在一个实施例中，该装置还包括在锥形光纤的输出处或其下游的带通滤波器，以减小和/或控制输出辐射的光谱宽度。在一个实施例中，锥形光纤是通过加热和拉伸阶跃折射率或渐变折射率光纤而形成的。在一个实施例中，检测器系统被配置为响应于输出辐射的重定向部分而确定两个或更多个物体的对准。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：使用锥形光纤在光谱上增宽接收的辐射，以生成输出辐射；将输出辐射提供到测量目标上；以及在检测器系统处从测量目标接收输出辐射的重定向部分。
在一个实施例中，锥形光纤包括用于在其核心处接收辐射的非锥形区域和用于提供在光谱上增宽的输出辐射的锥形区域，其中锥形区域的截面尺寸小于非锥形区域的核心的截面尺寸。在一个实施例中，非锥形区域的核心截面尺寸和/或用于接收在光谱上增宽的输出辐射的锥形光纤的非锥形区域的核心截面尺寸高达约10μm。在一个实施例中，锥形区域的截面尺寸高达约2.5μm。在一个实施例中，锥形区域的长度在10cm与50cm之间。在一个实施例中，第一过渡区域被配置为联接非锥形区域和锥形区域，并且其中第一过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。在一个实施例中，第二过渡区域被配置为联接锥形区域和另外的非锥形区域，并且其中第二过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。在一个实施例中，锥形光纤所具有的材料的折射率根据入射在锥形光纤上的辐射的强度而变化。在一个实施例中，锥形光纤支持至少一种光学模式。在一个实施例中，在锥形光纤的输入处的所接收的辐射由具有在可见光或近红外内的标称波长的激光器生成，并且输出辐射在可见光或近红外内。在一个实施例中，激光器是脉冲激光器。在一个实施例中，激光器是钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器或基于镨的激光器。
在一个实施例中，激光器是倍频铒激光器或可见光激光二极管或NIR激光二极管。在一个实施例中，在锥形光纤的输入处的所接收的辐射是来自两个或更多个激光器的辐射的组合。在一个实施例中，激光器中的两个或更多个激光器是选自以下各项的一个或多个激光器：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、基于镨的激光器、倍频铒激光器、可见光激光二极管和/或近红外激光二极管。在一个实施例中，该方法还包括调节激光器的参数使得输出辐射的光谱宽度在500nm与900nm之间的范围内。在一个实施例中，参数是平均功率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复率或从上述各项中选择的任何组合。在一个实施例中，该方法还包括使用在锥形光纤的输出处或其下游的带通滤波器对输出辐射进行滤波，以减小和/或控制输出辐射的光谱宽度。在一个实施例中，锥形光纤是通过加热和拉伸阶跃折射率或渐变折射率光纤而形成的。在一个实施例中，该方法还包括响应于输出辐射的重定向部分而确定两个或更多个物体的对准。
实施例可以采取包含描述本文中公开的方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序的形式或者其中存储有这样的计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。此外，机器可读指令可以实施在两个或更多个计算机程序中。两个或更多个计算机程序可以存储在一个或多个不同的存储器和/或数据存储介质上。
当由位于光刻装置的至少一个部件内的一个或多个计算机处理器读取一个或多个计算机程序时，本文中描述的任何控制器可以各自或组合地可操作。控制器可以各自或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或多个处理器被配置为与至少一个控制器通信。例如，每个控制器可以包括用于执行包括用于上述方法的机器可读指令的计算机程序的一个或多个处理器。控制器可以包括用于存储这种计算机程序的数据存储介质和/或用于容纳这种介质的硬件。因此，控制器可以根据一个或多个计算机程序的机器可读指令进行操作。
尽管上面可能已经在光学光刻的上下文中对实施例的使用进行了具体参考，但是应当理解，实施例可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。可以将图案形成装置的形貌压入提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案形成装置移出抗蚀剂，以在其中留下图案。
此外，尽管在本文中可以具体参考光刻装置在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻装置可以具有其他应用，诸如集成光学系统的制造、引导和用于磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的检测图案。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，本文中的术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以分别被认为与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文中提到的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道(一种通常向衬底施加一层抗蚀剂上并且显影曝光的抗蚀剂的工具)、量测工具和/或检查工具中进行处理。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他衬底处理工具。此外，衬底可以被处理一次以上，例如以便产生多层IC，使得本文中使用的术语衬底也可以指代已经包含多个已处理层的衬底。
本文使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括近红外辐射(例如，波长在约700nm到约1400nm范围内的辐射)、可见光辐射(例如，波长范围为约390nm到700nm(例如，约633nm)或范围为约495nm到约570nm(例如，约515nm、约520nm或约532nm)的辐射)、紫外(UV)辐射(例如，波长为或约365、355、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长范围为5-20nm)以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学元件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学元件。
以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员很清楚的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。例如，一个或多个实施例的一个或多个方面可以适当地与一个或多个其他实施例的一个或多个方面组合或替代。因此，基于本文中给出的教导和指导，这些适配和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是出于说明的目的而非限制性的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。本发明的广度和范围不应当受任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (40)

1.一种测量装置，包括：
锥形光纤，所述锥形光纤具有用于接收辐射的输入并且具有用于朝向测量目标提供在光谱上增宽的输出辐射的输出，所述锥形光纤被配置为在光谱上增宽在所述输入处接收的辐射；以及
检测器系统，被配置为从所述测量目标接收所述输出辐射的重定向部分。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述锥形光纤包括用于在其核心处接收辐射的非锥形区域和用于提供所述在光谱上增宽的输出辐射的锥形区域，其中所述锥形区域的截面尺寸小于所述非锥形区域的所述核心的截面尺寸。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述非锥形区域的核心截面尺寸和/或用于接收所述在光谱上增宽的输出辐射的所述锥形光纤的非锥形区域的核心截面尺寸高达约10μm。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述锥形区域的截面尺寸高达约2.5μm。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的装置，其中所述锥形区域的长度在约10cm与约50cm之间。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其中第一过渡区域被配置为联接所述非锥形区域和所述锥形区域，并且其中所述第一过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的装置，其中第二过渡区域被配置为联接所述锥形区域和另外的非锥形区域，并且其中所述第二过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述锥形光纤所具有的材料的折射率根据入射在所述锥形光纤上的辐射的强度而变化。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述锥形光纤支持至少一种光学模式。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中在所述锥形光纤的所述输入处的所接收的辐射由具有在可见光或近红外内的标称波长的激光器生成，并且所述输出辐射在可见光或近红外内。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述激光器是脉冲激光器。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其中所述激光器是钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器或基于镨的激光器。
13.根据权利要求10或11所述的装置，其中所述激光器是倍频铒激光器或可见光激光二极管或NIR激光二极管。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的装置，其中在所述锥形光纤的所述输入处的所接收的辐射是来自两个或更多个激光器的辐射的组合。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述激光器中的两个或更多个激光器是选自以下各项的一个或多个激光器：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、基于镨的激光器、倍频铒激光器、可见光激光二极管和/或近红外激光二极管。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，还包括控制系统，所述控制系统被配置为调节所述激光器的参数，使得所述输出辐射的光谱宽度在500nm与900nm之间的范围内。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述参数是平均功率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复率或从上述各项中选择的任何组合。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的装置，还包括在所述锥形光纤的输出处或下游的带通滤波器，以减小和/或控制所述输出辐射的光谱宽度。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其中所述锥形光纤是通过加热和拉伸阶跃折射率或渐变折射率光纤而形成的。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的装置，其中所述检测器系统被配置为响应于所述输出辐射的所述重定向部分而确定两个或更多个物体的对准。
21.一种方法，包括：
使用锥形光纤在光谱上增宽接收的辐射，以生成输出辐射；
将所述输出辐射提供到测量目标上；以及
在检测器系统处从所述测量目标接收所述输出辐射的重定向部分。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述锥形光纤包括用于在其核心处接收辐射的非锥形区域和用于提供所述在光谱上增宽的输出辐射的锥形区域，其中所述锥形区域的截面尺寸小于所述非锥形区域的所述核心的截面尺寸。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述非锥形区域的核心截面尺寸和/或用于接收所述在光谱上增宽的输出辐射的所述锥形光纤的非锥形区域的核心截面尺寸高达约10μm。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述锥形区域的截面尺寸高达约2.5μm。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的方法，其中所述锥形区域的长度在10cm与50cm之间。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的方法，其中第一过渡区域被配置为联接所述非锥形区域和所述锥形区域，并且其中所述第一过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的方法，其中第二过渡区域被配置为联接所述锥形区域和另外的非锥形区域，并且其中所述第二过渡区域的长度在约1cm与约5cm之间。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的方法，其中所述锥形光纤所具有的材料的折射率根据入射在所述锥形光纤上的辐射的强度而变化。
29.根据权利要求21至28中任一项所述的方法，其中所述锥形光纤支持至少一种光学模式。
30.根据权利要求21至29中任一项所述的方法，其中在所述锥形光纤的所述输入处的所接收的辐射由具有在可见光或近红外内的标称波长的激光器生成，并且所述输出辐射在可见光或近红外内。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述激光器是脉冲激光器。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其中所述激光器是钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器或基于镨的激光器。
33.根据权利要求30或31所述的方法，其中所述激光器是倍频铒激光器或可见光激光二极管或NIR激光二极管。
34.根据权利要求21至33中任一项所述的方法，其中在所述锥形光纤的所述输入处的所接收的辐射是来自两个或更多个激光器的辐射的组合。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述激光器中的两个或更多个激光器是选自以下各项的一个或多个激光器：钛蓝宝石激光器、翠绿宝石激光器、基于镨的激光器、倍频铒激光器、可见光激光二极管和/或近红外激光二极管。
36.根据权利要求30至35中任一项所述的方法，还包括：调节所述激光器的参数，使得所述输出辐射的光谱宽度在500nm与900nm之间的范围内。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述参数是平均功率、峰值功率、脉冲宽度、脉冲重复率或从上述各项中选择的任何组合。
38.根据权利要求21至37中任一项所述的方法，还包括：使用在所述锥形光纤的输出处或下游的带通滤波器对所述输出辐射进行滤波，以减小和/或控制所述输出辐射的光谱宽度。
39.根据权利要求21至38中任一项所述的方法，其中所述锥形光纤是通过加热和拉伸阶跃折射率或渐变折射率光纤而形成的。
40.根据权利要求21至39中任一项所述的方法，还包括：响应于所述输出辐射的所述重定向部分而确定两个或更多个物体的对准。
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