CN109564395B - 用于处理具有相干性的辐射束的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于处理具有相干性的辐射束的装置和方法。在一种布置中，光学系统接收具有相干性的辐射束。辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量。波导支持多个波导空间模式。光学系统将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的辐射束的多个分量引导到波导上，使得多个分量中的每个分量耦合到波导空间模式的不同集合，每个集合包括一个或多个波导空间模式。

Description

用于处理具有相干性的辐射束的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月1日提交的EP申请16182256.4的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于处理具有相干性的辐射束的装置和方法、一种检查设备和检查方法、以及一种执行光刻工艺的光刻设备和方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备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)来生成要形成在IC的单独层上的电路图案。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。已知的光刻设备包括所谓的步进器(其中通过将整个图案一次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。
为了监测光刻工艺，测量经图案化衬底的参数。参数可以包括例如形成在经图案化衬底中或上的相继层之间的套刻误差和经显影的光敏抗蚀剂和/或经蚀刻的产品特征的临界尺寸(通常为线宽)。该测量可以在产品衬底上和/或在专用量测目标上执行。存在各种用于对在光刻工艺中形成的微观结构进行测量的技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。一种快速非侵入式的专用检查工具是散射仪，其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上，并且测量经散射或反射的光束的特性。通过比较在光束被衬底反射或散射之前和之后光束的特性，可以确定衬底的特性。例如，这可以通过将反射光束与存储在与已知衬底特性相关的已知测量值库中的数据进行比较来完成。已知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被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。
已经使用激光来提供用于检查量测目标的辐射束。激光器能够提供高强度的光束。然而，已经证明难以提供一种能够提供空间均匀(例如，没有散斑或条纹)并且随时间稳定的强度的低成本系统。
发明内容
期望提供一种高强度辐射束，其在空间上均匀且随时间稳定，特别是出于作为光刻工艺的一部分来检查量测目标的目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于处理具有相干性的辐射束的装置，包括：光学系统，被配置为接收具有相干性的辐射束，该辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；以及波导，被配置为支持多个波导空间模式，其中：光学系统被配置为将辐射束的属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的多个分量引导到波导上，使得多个分量中的每个分量耦合到波导空间模式的不同集合，每个集合包括一个或多个波导空间模式。
根据本发明的一个方面，提供了一种处理具有相干性的辐射束的方法，其包括：接收具有相干性的辐射束，该辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；使辐射束通过光学系统，该光学系统将所述分量引导到支持多个波导空间模式的波导上，其中：光学系统将辐射束的属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的多个分量引导到波导上，使得多个分量中的每个分量耦合到波导空间模式的不同集合，每个集合包括一个或多个波导空间模式。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考所附示意图描述本发明的实施例，附图中的对应的附图标记表示对应的部件，并且在附图中：
图1描绘了光刻设备；
图2描绘了光刻单元或簇；
图3描绘了用于量测的散射仪；
图4描绘了检查设备；
图5至图7描绘了待处理的辐射束的示例组成；
图8描绘了经处理的辐射束的组成；
图9描绘了用于处理具有相干性的辐射束的装置；
图10描绘了辐射束的分量在不同波导空间模式上的分布；
图11描绘了不对称波导截面；
图12描绘了辐射束的分量到对称波导的界面表面上的不对称分布；
图13描绘了具有沿着波导的纵向轴线变化的截面的波导；以及
图14描绘了形成闭环的波导。
具体实施方式
本说明书公开了包含本发明的特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示了本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附权利要求限定。
所描述的实施例和说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指的是同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应当理解，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。
然而，在更详细地描述这样的实施例之前，呈现可以实现本发明的实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地描绘了光刻设备LA。该设备包括：照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位器PM；衬底台(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到被配置为根据某些参数准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，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。
照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的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。
支撑结构支撑图案形成装置(即，承载其重量)。支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计和其他条件(诸如例如图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。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。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。支撑结构可以确保图案形成装置处于期望位置，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的是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不完全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诸如集成电路等目标部分中产生的器件中的特定功能层。
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，并且包括各种掩模类型，诸如二元、交替相移和衰减相移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反射传入的辐射束。倾斜的反射镜在辐射束中赋予图案，该辐射束由反射镜矩阵反射。
本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为包括各种类型的投影系统，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者其他因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)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。
在该实施例中，例如，该设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，该设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多个衬底台以及例如两个或更多个掩模台的类型。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。
光刻设备也可以是如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖以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设备中的其他空间，例如，在掩模与投影系统之间。浸没技术在本领域中公知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淹没在液体中，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。源和光刻设备可以是单独的实体，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设备的一部分，并且辐射光束借助于包括例如合适的导向镜和/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，源可以是光刻设备的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL与光束传递系统BD(如果需要)一起可以称为辐射系统。
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和径向范围/或内径向范围(其通常分别称为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。在穿过掩模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)，可以准确地移动衬底台WT，例如，以将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(其在图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位掩模MA，例如，在从掩模库中进行机械检索之后，或者在扫描期间。通常，掩模台MT的移动可以借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现，这两个模块形成第一定位器PM的一部分。类似地，衬底台WT的移动可以使用长行程模块和短行程模块来实现，这两个模块形成第二定位器PW的一部分。在步进器(与扫描器相对)的情况下，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器，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来将掩模MA和衬底W对准。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划线对准标记)。类似地，在掩模MA上设置有多于一个裸片的情况下，掩模对准标记可以位于裸片之间。
所描绘的设备可以在以下模式中的至少一种模式下使用：
1.在步进模式下，掩模台MT和衬底台WT保持基本上静止，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。在步进模式下，曝光区域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，同步地扫描掩模台MT和衬底台WT，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WT相对于掩模台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，曝光区域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)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式下，掩模台MT保持基本上静止以保持可编程图案形成装置，并且衬底台WT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，并且在衬底台WT的每次移动之后或者在扫描期间的相继辐射脉冲之间，根据需要来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组合和/或变体或完全不同的使用模式。
如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元或簇，光刻单元LC还包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影经曝光的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板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，在不同的处理设备之间移动它们，并且然后将它们传送到光刻设备的装载台LB。这些通常统称为轨道的设备处于轨道控制单元TCU的控制之下，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控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。
为了使得由光刻设备曝光的衬底被正确且一致地曝光，期望检查曝光的衬底以测量各种特性，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，则可以对例如后续衬底的曝光进行调节，特别是在检查可以很快并且足够快地进行以使得相同批次的其他衬底仍然待曝光的情况下。而且，已经曝光的衬底可以被剥离和再加工以提高产量，或者可能被丢弃，从而避免在已知有缺陷的衬底上进行曝光。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对被认为是无缺陷的那些目标部分进行进一步的曝光。
检查设备用于确定衬底的特性，并且特别地确定不同衬底的特性或同一衬底的不同层的特性如何在层与层之间变化。检查设备可以集成到光刻设备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，期望检查设备在曝光之后立即测量曝光的抗蚀剂层中的特性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度，因为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，并且不是所有检查设备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部分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，此时抗蚀剂的曝光或未曝光部分已经被去除，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故障衬底返工的可能性，但仍然可以提供有用的信息。
图3是散射仪形式的光学设备的示意图，该散射仪适于结合图2的光刻单元执行量测。该设备可以用于测量由光刻形成的特征的临界尺寸，测量层之间的套刻，等等。在衬底W上形成有产品特征或专用量测目标。该设备可以是独立装置或者并入光刻设备LA中，例如，在测量站或光刻单元LC处。在整个设备中具有若干分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，由光源11发射的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15被引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双重序列布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然在衬底上提供源的图像，并且同时允许对中间光瞳平面的访问以进行空间频率滤波。因此，可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中定义空间强度分布来选择辐射在衬底上入射的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的背投影图像的平面中、在透镜12和14之间插入合适形式的孔板13来进行。例如，如图所示，孔板13可以采用不同的形式，其中两个标记为13N和13S，以允许选择不同的照射模式。所示示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔板13N提供从仅为了描述的目的而指定为“北”的方向的离轴。在第二照射模式下，孔板13S用于提供类似的照射，但是从标记为“南”的相反方向。通过使用不同的孔可以实现其他照射模式。光瞳平面的其余部分理想地是暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的光将干扰期望的测量信号。
由衬底W上的目标衍射的至少-1和+1阶中的一个以及0阶由物镜16收集并且通过分束器15被引导回。第二分束器17将衍射光束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用0阶和1阶衍射光束在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射级撞击传感器上的不同点，因此图像处理可以比较和对比各阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或归一化1阶光束的强度测量值。光瞳平面图像可以用于很多测量目的，诸如重建。
在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成衬底W上的目标的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡0阶衍射光束，使得形成在传感器23上的目标图像仅由-1或+1阶光束形成。因此，由传感器23检测到的图像被称为“暗场”图像。注意，术语“图像”在这里在广义上使用。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不形成光栅线的图像。
由传感器19和23捕获的图像被输出到图像处理器和控制器PU，PU的功能将取决于正在执行的特定测量类型。
散射仪和技术的示例可以在专利申请US 2006/066855A1、WO 2009/078708、WO2009/106279和US 2011/0027704 A中找到，它们通过引用整体并入本文。
图4描绘了根据一个实施例的检查设备40。检查设备40使用由源28(例如，激光器)提供的具有相干性(特别是高空间相干性)的辐射束1，诸如激光束。辐射束1由用于处理具有相干性的辐射束的装置30处理。装置30输出经处理的辐射束2。经处理的辐射束2进入照射光学器件32。照射光学器件32将经处理的辐射束2引导到目标上。在所示的示例中，目标在衬底W上提供。例如，在图3的布置中，照射光学器件32可以包括与源11和衬底W之间的光路中的一个或多个元件(例如，透镜12、14和物镜16中的一个或多个)相对应的元件。经处理的辐射束2与目标交互。在经处理的辐射束2与目标的交互之后，检测器34检测源自经处理的辐射束2的辐射5。检测器34可以包括一个或多个测量分支，例如，如上参考图3所述。来自检测器34的输出用于确定衬底W的各种特性，诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等(例如，使用如上参考图3所述的图像处理器和控制器PU)。
诸如激光束等具有高空间相干性的辐射束可以提供高亮度，但也可以容易受到空间均匀性和/或时间上的不稳定性的变化的影响。由于作为辐射束中的高空间相干性的结果而产生的干涉效应，可能发生空间均匀性的变化。被称为散斑的现象是与激光束相关联的公知的干涉效应。由于不同辐射束空间模式之间的辐射分布的波动，可能发生时间上的不稳定。不同辐射束空间模式之间的辐射分布的波动可能导致目标上的空间强度分布在时间上波动(即使总强度在时间上保持恒定)。指向不稳定性是由这种波动引起的已知现象。
在具有高空间相干性的辐射束中，辐射束包括分布在相对少量的辐射束空间模式之上的分量。分布将取决于提供辐射束的光源的细节。例如，在激光器的情况下，辐射束空间模式之间的分布可以由激光器的光学谐振器和/或相关孔径的尺寸和/或几何形状确定。辐射束空间模式可以包括一个或多个横向空间模式。在具有圆柱对称的辐射束的情况下，横向空间模式图案可以通过高斯光束轮廓与拉盖尔多项式的组合来描述。这样的模式表示为TEMpl，其中p和l分别是标记径向和角度模式阶数的整数。注意，当提到空间模式时，这些也可以理解为以另一种基础表达，例如平面波的基础或衍射极限斑点的基础或散斑图案的基础。
具有相干性(特别是高空间相干性)的辐射束可以包括包含多个分量的至少一个辐射束空间模式。因此，辐射束空间模式对于处于该辐射束空间模式的所有多个分量是共同的。辐射束空间模式可以被称为关于多个分量的共同辐射束空间模式。共同辐射束空间模式下的多个分量中的每个具有不同的波长或波长范围。多个分量可以一起在共同辐射束空间模式内提供连续的波长范围。替代地或另外地，多个分量可以提供通过在共同辐射束空间模式下不存在的波长范围而彼此分开的两个或更多个波长或波长范围。
图5至图7描绘了具有高空间相干性的三个示例辐射束的组成。在竖轴上描绘了辐射束的波长λ。在横轴上描绘了表示空间模式ix的索引。索引ix的每个不同值表示不同的辐射束空间模式。在图5的示例中，辐射束的所有分量处于相同的辐射束空间模式下。多个分量提供在光谱带宽Δλ上扩展的连续波长范围。在图6的示例中，辐射束包括分布在三个辐射束空间模式之上的分量。在该示例中，三个辐射束空间模式中的每个包括具有不同波长的多个分量。在不同辐射束空间模式中，分量之间的波长没有重叠。合起来，辐射束的分量在光谱带宽Δλ上扩展。在图7的示例中，辐射束包括分布在两个辐射束空间模式之上的分量。两种辐射束空间模式包括具有不同波长的多个分量。在该示例中，在不同辐射束空间模式下，部件之间存在波长重叠。合起来，辐射束的分量在光谱带宽Δλ上扩展。辐射束可以随时间波动。例如，辐射束的组成可以在图5至图7中所示的组成之间随机交替。
在一个实施例中，装置30被配置为以使得能够增加辐射束1的分量在其上扩展的空间模式的范围的方式来处理辐射束1。无需任何移动部件即可实现这一点。装置30的所有部件相对于彼此是静止的。装置30将具有光谱带宽Δλ的辐射束1作为输入，其中在相对少量的辐射束空间模式上具有任意(并且可能未知)分布的分量。装置30输出经处理的辐射束2，经处理的辐射束2具有分布在更宽范围的辐射束空间模式之上的分量。在图8中描绘了示例性的经处理的辐射束2的组成。输入辐射束1可以具有例如由图5至图7表示的任何辐射束形式。经处理的辐射束2的光谱带宽Δλ与输入辐射束1的光谱带宽相同。然而，光以非相干方式耦合到的辐射束空间模式的较宽范围在经处理的辐射束2中提供比输入辐射束1更大的范围60。范围60越大，干涉效应越小，从而提供高均匀性。不同辐射束空间模式下的辐射在目标处非相干地组合。由不同辐射束空间模式之间的光分布的波动引起的随时间的不稳定性在更高数目的辐射束空间模式上被平均，从而减小了任何所得到的强度波动的总体尺寸。由此改善了随时间的稳定性。
在一个实施例中，经处理的辐射束2中的辐射束空间模式的范围被控制为足够大以消除干扰效应，诸如散斑，但是足够小以避免由于照射光学器件32中的孔径光阑或目标过填充而导致的过度光损失。在一个实施例中，辐射束空间模式的范围被选择以提供范围60，范围60至少基本上匹配照射光学器件32和衬底W上的目标(以便不会损失大部分辐射束)的范围。
图9描绘了装置30的示例配置。在该实施例中，装置30包括光学系统10和波导20。光学系统10接收具有相干性的辐射束1(例如，具有高空间相干性的辐射束，诸如激光束)。辐射束1包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量。辐射束1包括在至少一个辐射束空间模式下的多个分量。对于这些多个分量，辐射束空间模式被称为共同辐射束空间模式。图10描绘了示例共同辐射束空间模式的组成。在该示例中，共同辐射束空间模式包括六个分量(由空心圆圈描绘)。六个分量中的每个具有不同的波长或波长范围。如上所述，六个分量可以构成连续的波长范围，或者可以彼此分开。六个分量具有光谱带宽Δλ，并且彼此分开δλ。
波导20支持多个波导空间模式(即，多个波导空间模式可用于在波导内传播的辐射)。波导20是引导辐射的结构，并且可以采用本领域中已知的任何各种形式。在一个实施例中，波导包括光波导或由光波导组成，诸如光纤。在这种情况下，波导空间模式由光纤的模式提供。光纤可以是多模光纤。在这种情况下，光纤的模式的数目可以通过表达式
Figure BDA0001965755940000131
来确定，其中kO是波数，a是光纤的芯半径，并且n1和n2分别是芯和包层的折射率。对于具有大V的阶跃折射率光纤，模式的数目与V2近似成比例。在其他实施例中，波导20以任何组合包括以下中的一个或多个或由其组成：混光管、混光杆、渐变折射率光纤和光管。
光学系统10和波导20交互，以将最初在共同辐射束空间模式下的分量分布在多个不同波导空间模式(由图10中的实心圆圈描绘)之间，从而增加辐射束的范围60并且减少干扰效应和随时间的不稳定性。这是通过以下方式来实现的：配置光学系统10以将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率(例如，图10中的空心圆)的辐射束的多个分量引导到波导20上，使得多个分量中的每个分量耦合到波导空间模式的不同集合(即，与多个分量中的任何其他分量耦合到的集合不同)。每个集合包括一个或多个波导空间模式。两个或更多个不同集合可以彼此重叠(即，具有共同的一个或多个波导空间模式)，或者可以是互斥的(即，没有共同的波导空间模式)。因此，在输入辐射束中具有相同空间特性的分量的不同光谱特性用于在不同波导空间模式之间分布分量，从而提供辐射的空间特性的扩展和增大的范围60。
在图9是其示例的实施例中，光学系统10被配置为使得属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的多个分量中的每个在不同位置、或以不同方向、或在不同位置且以不同方向进入波导20，从而实现与波导空间模式的不同集合的耦合。在图9的示例中，输入辐射束1被聚焦到多个区域61-63(统称为区域64)上。每个区域64分别接收来自属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的多个分量中的不同分量的辐射。辐射在不同区域64中的每个区域处在不同位置并且以不同方向进入波导20。
在图9也是其示例的实施例中，波导20包括接收来自光学系统10的辐射束的输入界面26。在一个实施例中，输入界面26包括在固体材料与气体材料之间的界面，辐射将穿过固体材料在波导20内传播，气体材料诸如位于波导20外部的空气。光学系统10将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的多个分量中的每个引导到输入界面26上的不同位置64上，从而实现与波导空间模式的不同集合的耦合。在一个实施例中，输入界面26是光滑表面，例如平坦表面。在其他实施例中，输入界面26设置有表面粗糙度，和/或以其他方式是非平面的。提供具有表面粗糙度和/或以其他方式是非平面的输入界面26可以增加耦合到波导空间模式的不同集合的随机性(或均匀性)。增加耦合的随机性(或均匀性)可以进一步改善目标处的经处理的辐射束2的强度的空间均匀性。
光学系统10根据辐射的波长不同地重定向辐射，以实现与波导空间模式的不同集合的耦合。该功能可以以各种不同方式来提供。在图9的特定示例中，衍射光栅3用于提供波长依赖性。衍射光栅3被描绘为透射光栅，但是可以替代地使用反射光栅。提供透镜4以至少部分地将辐射聚焦到波导20上。透镜4不是必需的。透镜4可以是柱面透镜。在其他实施例中，使用棱镜或漫射器或2D衍射光栅代替衍射光栅3或与衍射光栅组合。
在一个实施例中，波导20被配置为关于可见光谱中的光来支持至少两种不同的波导空间模式。然而，通常，期望使用可以支持更多波导空间模式的波导20，例如关于可见光谱中的光的超过100个波导空间模式，可选地，关于可见光谱中的光的超过1000个波导空间模式，可选地，关于可见光谱中的光的多于104个波导空间模式，可选地，关于可见光谱中的光的多于105个波导空间模式。使用支持大量波导空间模式的波导20可以增加与不同波导空间模式集合的耦合的随机性(或均匀性)。增加耦合的随机性(或均匀性)可以改善目标处的经处理的辐射束2的强度的空间均匀性。
如上所述，还希望提供一种不太大的范围。这可以通过确保波导20不支持比系统的其余部分(包括照射光学器件、目标和检测器)更多空间模式来实现。这通常表示，波导应当支持关于可见光谱中的光的小于约108个波导空间模式。
出于清楚的目的，以上已经关于可见光谱中的光定义了波导空间模式的数目，因为波导空间模式的数目取决于正在波导20内传播的辐射的波长。应当理解，装置30不一定只能用于可见光。装置30可以与具有一个或多个分量的辐射一起使用，这些分量的波长长于任何可见光、在可见光谱内或者比任何可见光短。
在一个实施例中，波导20的截面是圆形的，例如在标准光纤中。这种类型的波导易于获得和/或制造。
在替代实施例中，波导20的截面(垂直于波导的纵向轴线)是非圆形的。图11中描绘了这种截面的示例。减小波导20的对称性可以改变波导模式的形状，例如从拉盖尔-高斯到散斑图案。这可以增加与波导空间模式的不同集合的耦合的随机性(或均匀性)。增加耦合的随机性(或均匀性)可以改善目标处的经处理的辐射束2的强度的空间均匀性。对称性可以以各种不同方式来减小。在一个实施例中，波导20的截面被成形为不具有旋转对称性，不具有镜像对称性，或者不具有旋转对称性并且不具有镜像对称性。在一个实施例中，截面具有数学上混沌的、理论上台球桌的形状(即，台球桌被成形以使得在桌子的范围内移动的台球的动态特性在数学上是混沌的)。在其他实施例中，附加地或替代地，通过提供如下波导20来减小波导20的对称性：其中波导20的截面根据沿着波导20的纵向轴线的位置而变化。这样的实施例的示例在图13中示出。
替代地或另外地，在一个实施例中，通过以下方式来减小波导20的对称性：配置波导20使得在波导20中传播的辐射传播通过折射率随波导20中的位置而变化的材料。在这种类型的实施例中，即使在波导20高度对称的情况下(例如，截面沿着纵向轴线和/或圆形恒定的光纤)，折射率的变化将提供与波导空间模式的耦合的随机性的增加
在一个实施例中，光学系统10被配置为以非对称方式将辐射束的多个分量引导到波导20上，以增加与波导空间模式的耦合的随机性。在波导20本身具有相对较高的对称性的情况下(例如，截面沿着纵向轴线和/或圆形恒定的光纤)，这可能是特别有益的。在输入界面26上来自这种光学系统10的输入辐射的区域64的示例分布在图12中示出。期望尽可能均匀地覆盖波导20的输入界面26，可选地直到如下情况：区域64的数目被布置为基本上等于波导空间模式的数目和/或区域64完全覆盖输入界面26和/或耦合到所有可用的波导空间模式。因此，在一个实施例中，光学系统10和波导20被配置为使得由波导20支持的基本上所有(例如，至少90％，可选地至少95％，可选地至少99％)波导空间模式被基本上均匀地(并且非相干地)占用。
在一个实施例中，波导20被配置为允许被引导到波导20上的辐射束的多个分量中的一个或多个分量穿过波导20向后和向前传播多次(例如，通过从设置在波导20的最末端处的界面的重复反射)。备选地，如图14中示意性所示，波导20可以形成闭环，例如通过形成环形或圆环形状。在这样的实施例中的波导20被配置为使得被引导到波导20上的辐射束的多个分量中的一个或多个分量围绕闭环多次传播。可选地，在围绕闭环平均传播多次之后，辐射可以在输入66处进入波导20(例如，使用适当角度的部分反射界面)并且在输出66处离开波导20(例如，使用另一适当角度的部分反射界面)。增加穿过波导20的平均行进距离可以进一步改善目标处的经处理的辐射束2的强度的空间均匀性。
上述实施例和其他实施例可以用于处理具有相干性的辐射束的方法中。该方法包括接收具有相干性的辐射束1。辐射束1包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量。该方法还包括使辐射束1穿过光学系统10。光学系统10将分量引导到支持多个波导空间模式的波导20上。光学系统10将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的辐射束的多个分量引导到波导20上，使得多个分量中的每个分量耦合到波导空间模式的不同集合，每个集合包括一个或多个波导空间模式。
上述实施例和其他实施例可以用在检查目标的方法中。该方法包括使用实施例的装置30处理辐射束1。该方法还包括将经处理的辐射束2引导到目标上。该方法还包括在经处理的辐射束2与目标的交互之后检测源自经处理的辐射束2的辐射。
上述实施例和其他实施例可以用在执行光刻工艺的方法中。该方法包括通过光刻工艺在衬底上形成器件结构和至少一个量测目标的步骤。该方法还包括使用实施例的处理辐射束的方法来检查量测目标。该方法还包括根据通过检查量测目标而获得的测量值来控制衬底和/或另外的衬底的后续处理。
上述实施例和其他实施例可以用在光刻设备中，例如上面参考图1描述的光刻设备。光刻设备包括装置30。由该装置产生的经处理的辐射束被引导到图案形成装置MA。图案形成装置MA被配置为在经处理的辐射束的截面中向经处理的辐射束赋予图案以形成图案化辐射束。投影系统PS将图案化辐射束投影到衬底上。
上述实施例和其他实施例可以用在执行光刻工艺的方法中。该方法包括实施例的处理辐射束的方法。经处理的辐射束被引导到图案形成装置MA上以产生图案化辐射束。图案化辐射束投影到衬底W上。
尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描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、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的引导和检测图案。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”的任何使用可以被认为分别与更一般的术语“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经处理的层的衬底。
尽管上面已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，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被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。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，以在其中留下图案。
根据本发明的其他实施例在以下编号的子句中描述：
1.一种用于处理具有相干性的辐射束的装置，包括：
光学系统，被配置为接收具有相干性的辐射束，所述辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；以及
波导，被配置为支持多个波导空间模式，其中：
所述光学系统被配置为将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述辐射束的多个分量引导到所述波导上，使得所述多个分量中的每个分量耦合到所述波导空间模式的不同集合，每个集合包括所述波导空间模式中的一个或多个波导空间模式。
2.根据子句1所述的装置，其中所述光学系统被配置为使得属于所述共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述多个分量中的每个分量在不同位置、或以不同方向、或在不同位置且以不同方向进入所述波导，从而实现与所述波导空间模式的不同集合的耦合。
3.根据子句2所述的装置，其中与所述波导空间模式的不同集合的耦合使得由所述波导支持的基本上所有所述波导空间模式被基本上均匀地占用。
4.根据子句2或3所述的装置，其中所述波导包括输入界面，辐射能够穿过所述输入界面进入所述波导，并且所述光学系统被配置为将属于所述共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述多个分量中的每个分量引导到所述输入界面上的不同位置，从而实现与所述波导空间模式的不同集合的耦合。
5.根据子句4所述的装置，其中所述输入界面是非平面的。
6.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导关于可见光谱中的光支持多于100个波导空间模式。
7.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导关于可见光谱中的光支持少于108个波导空间模式。
8.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导的截面是圆形的。
9.根据子句1至7中任一项所述的装置，其中所述波导的截面是非圆形的。
10.根据子句9所述的装置，其中所述波导的截面不具有旋转对称性，或者不具有镜像对称性，或者不具有旋转对称性且不具有镜像对称性。
11.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导被配置为允许被引导到所述波导上的所述辐射束的所述多个分量中的一个或多个分量穿过所述波导向后和向前传播多次。
12.根据子句1至10中任一项所述的装置，其中所述波导形成闭环并且被配置为使得被引导到所述波导上的所述辐射束的所述多个分量中的一个或多个分量围绕所述闭环多次传播。
13.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导的截面根据沿着所述波导的纵向轴线的位置而变化。
14.根据前述子句中任一项所述的装置，被配置为使得在使用中辐射穿过其在所述波导中传播的材料具有根据所述波导中的位置而变化的折射率。
15.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述光学系统以任何组合包括以下中的一个或多个：衍射光栅、棱镜、漫射器。
16.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述波导包括以下中的一个或多个：光纤、渐变折射率光纤、混光管、混光杆和光管。
17.根据前述子句中任一项所述的装置，其中所述具有相干性的辐射束包括激光束。
18.一种用于检查目标的检查设备，包括：
根据前述子句中任一项所述的用于处理具有相干性的辐射束的装置；
照射光学器件，用于将由所述装置产生的经处理的辐射束引导到所述目标上；以及
检测器，用于在所述经处理的辐射束与所述目标的交互之后检测源自所述经处理的辐射束的辐射。
19.一种光刻设备，包括：
根据子句1至17中任一项所述的用于处理具有相干性的辐射束以产生经处理的辐射束的装置；
图案形成装置，被配置为在所述经处理的辐射束的截面中向所述经处理的辐射束赋予图案，以形成图案化辐射束；以及
投影系统，被配置为将所述图案化辐射束投影到衬底上。
20.一种处理具有相干性的辐射束的方法，包括：
接收具有相干性的辐射束，所述辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；
使所述辐射束穿过光学系统，所述光学系统将所述分量引导到支持多个波导空间模式的波导上，其中：
所述光学系统将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述辐射束的多个分量引导到所述波导上，使得所述多个分量中的每个分量耦合到所述波导空间模式的不同集合，每个集合包括所述波导空间模式中的一个或多个波导空间模式。
21.一种检查目标的方法，包括：
使用根据子句20所述的方法处理辐射束；
将经处理的辐射束引导到所述目标上；以及
在所述经处理的辐射束与所述目标的交互之后，检测源自所述经处理的辐射束的辐射。
22.一种执行光刻工艺的方法，包括：
通过所述光刻工艺在衬底上形成器件结构和至少一个量测目标；
使用根据子句21所述的方法检查所述量测目标；以及
根据通过检查所述量测目标而获得的测量值来控制所述衬底和/或另外的衬底的后续处理。
23.一种执行光刻工艺的方法，包括：
使用根据子句20所述的方法处理辐射束；
将经处理的辐射束引导到图案形成装置上，以产生图案化辐射束；以及
将所述图案化辐射束投影到衬底上。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为或大约为365、355、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5-20nm范围内)、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部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般特性，使得在不脱离本发明的一般概念的情况下，其他人可以通过应用在本领域技术范围内的知识来容易地修改这样的具体实施例和/或使其适应各种应用，而无需过多的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这些改编和修改旨在落入所公开的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描述而非限制的目的，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，而应当仅根据以下权利要求及其等同物来限定。

Claims (23)

1.一种用于处理具有相干性的辐射束的装置，包括：
光学系统，被配置为接收具有相干性的辐射束，所述辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；以及
波导，被配置为支持多个波导空间模式，其中：
所述光学系统被配置为将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述辐射束的多个分量引导到所述波导上，使得所述多个分量中的每个分量耦合到所述波导空间模式的不同集合，每个集合包括所述波导空间模式中的一个或多个波导空间模式。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学系统被配置为使得属于所述共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述多个分量中的每个分量在不同位置、或以不同方向、或在不同位置且以不同方向进入所述波导，从而实现与所述波导空间模式的不同集合的耦合。
3.根据权利要求2所述的装置，其中与所述波导空间模式的不同集合的耦合使得由所述波导支持的基本上所有所述波导空间模式被基本上均匀地占用。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其中所述波导包括输入界面，辐射能够穿过所述输入界面进入所述波导，并且所述光学系统被配置为将属于所述共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述多个分量中的每个分量引导到所述输入界面上的不同位置，从而实现与所述波导空间模式的不同集合的耦合。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述输入界面是非平面的。
6.根据权利要求1-3和5中任一项所述的装置，其中所述波导关于可见光谱中的光支持多于100个波导空间模式。
7.根据权利要求1-3和5中任一项所述的装置，其中所述波导关于可见光谱中的光支持少于108个波导空间模式。
8.根据权利要求1-3和5中任一项所述的装置，其中所述波导的截面是圆形的。
9.根据权利要求1-3和5中任一项所述的装置，其中所述波导的截面是非圆形的。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述波导的截面不具有旋转对称性，或者不具有镜像对称性，或者不具有旋转对称性且不具有镜像对称性。
11.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述波导被配置为允许被引导到所述波导上的所述辐射束的所述多个分量中的一个或多个分量穿过所述波导向后和向前传播多次。
12.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述波导形成闭环并且被配置为使得被引导到所述波导上的所述辐射束的所述多个分量中的一个或多个分量围绕所述闭环多次传播。
13.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述波导的截面根据沿着所述波导的纵向轴线的位置而变化。
14.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，被配置为使得在使用中辐射穿过其在所述波导中传播的材料具有根据所述波导中的位置而变化的折射率。
15.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述光学系统以任何组合包括以下中的一个或多个：衍射光栅、棱镜、漫射器。
16.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述波导包括以下中的一个或多个：光纤、渐变折射率光纤、混光管、混光杆和光管。
17.根据权利要求1-3、5和10中任一项所述的装置，其中所述具有相干性的辐射束包括激光束。
18.一种用于检查目标的检查设备，包括：
根据前述权利要求中任一项所述的用于处理具有相干性的辐射束的装置；
照射光学器件，用于将由所述装置产生的经处理的辐射束引导到所述目标上；以及
检测器，用于在所述经处理的辐射束与所述目标的交互之后检测源自所述经处理的辐射束的辐射。
19.一种光刻设备，包括：
根据权利要求1至17中任一项所述的用于处理具有相干性的辐射束以产生经处理的辐射束的装置；
图案形成装置，被配置为在所述经处理的辐射束的截面中向所述经处理的辐射束赋予图案，以形成图案化辐射束；以及
投影系统，被配置为将所述图案化辐射束投影到衬底上。
20.一种处理具有相干性的辐射束的方法，包括：
接收具有相干性的辐射束，所述辐射束包括分布在一个或多个辐射束空间模式之上的分量；
使所述辐射束穿过光学系统，所述光学系统将所述分量引导到支持多个波导空间模式的波导上，其中：
所述光学系统将属于共同辐射束空间模式并且具有不同频率的所述辐射束的多个分量引导到所述波导上，使得所述多个分量中的每个分量耦合到所述波导空间模式的不同集合，每个集合包括所述波导空间模式中的一个或多个波导空间模式。
21.一种检查目标的方法，包括：
使用根据权利要求20所述的方法处理辐射束；
将经处理的辐射束引导到所述目标上；以及
在所述经处理的辐射束与所述目标的交互之后，检测源自所述经处理的辐射束的辐射。
22.一种执行光刻工艺的方法，包括：
通过所述光刻工艺在衬底上形成器件结构和至少一个量测目标；
使用根据权利要求21所述的方法检查所述量测目标；以及
根据通过检查所述量测目标而获得的测量值来控制所述衬底和/或另外的衬底的后续处理。
23.一种执行光刻工艺的方法，包括：
使用根据权利要求20所述的方法处理辐射束；
将经处理的辐射束引导到图案形成装置上，以产生图案化辐射束；以及
将所述图案化辐射束投影到衬底上。
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