CN111656183B - 用于确定衬底上目标结构的位置的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种传感器，其中换能器产生声波，该声波被透镜组件接收。透镜组件将声波的至少一部分传输并引导到目标。然后，透镜组件接收与目标相互作用之后的声波的至少一部分。传感器还包括光学检测器，该光学检测器包括位于透镜组件的表面处的至少一个光学反射构件，该表面与透镜组件的面对透镜组件的焦平面的表面相对地布置，其中，至少一个光学反射构件响应于由透镜组件接收和传输的声波而以机械方式位移。

Description

用于确定衬底上目标结构的位置的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年1月26日提交的欧洲申请18153587.3的优先权，该欧洲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，更具体地，涉及扫描声学显微镜。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备例如能够用于制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
随着半导体制造过程的不断发展，电路元件的尺寸不断减小，而每个器件的功能元件(例如晶体管)的数量已经稳定地增加了数十年，这遵循通常被称为“摩尔定律”的趋势。为了跟上摩尔定律，半导体行业正在寻求能够创建越来越小的特征的技术。为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了被图案化在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)，248nm，193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用具有在4nm-20nm(例如6.7nm或13.5nm)范围内的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可用于在衬底上形成更小的特征。
因此，IC的制造涉及创建多个重叠的图案化层，每个图案化层具有单独的图案，并且每个层需要相对于其他层尽可能地对准。通常，层与层的对准，即第一层和重叠到前一层的第二层之间的对准是集成电路功能和性能的关键参数。层之间的对准的量度，或更一般地，单个层相对于参考的对准的量度可以通过量测工具获得，所述量测工具诸如例如是分别在US6961116和WO 2011/012624中公开的晶片对准传感器或重叠量测传感器。这样的传感器典型地使用从量测标记反射和/或散射的可见光，所述量测标记例如是各个层中的对准标记、重叠标记结构或产品结构。多个量测标记在各个图案化层的光刻制造过程期间被形成，并且通常被放置在产品结构周围的区域中，该区域也称为划线。
在制造过程中，趋于使用对于可见光不透明的材料层，例如金属或碳层或用于3D存储应用的新型硫族化物类型的材料。这些不透明层的缺点在于，被不透明层覆盖的层中产生的量测标记或其他结构不能被常规量测工具检测或测量，常规量测工具使用可见光检测这种量测标记或其他结构。换句话说，标记或结构被覆盖的不透明层所遮盖。
扫描声学显微镜用于测量、检查和评估制造过程步骤，以及在IC制造过程期间测量半导体晶片上的对准特征。常规的扫描声学显微镜的示例包括具有压电换能器的声透镜，该压电换能器响应于光或电信号而产生声波。声波通过声透镜聚焦在样本物体上的期望部位。从物体反射的声波在与样本物体的结构相互作用之后，被用于聚焦入射声波的同一声透镜或另一声透镜接收。反射的声波至少部分地由一个或更多个其他压电换能器接收，这些换能器将接收到的声波转换为信号，例如电信号，从中得出表征样本物体结构的信息，例如结构的尺寸。
为了提高扫描声学显微镜的空间分辨能力，可以将压电换能器替换为光声或声光材料的组件，以实现光学检测方法。光声换能器的基本构思的特征在于响应于光信号或声信号而改变材料属性。光声效应或光声的效应是由于物体中的光吸收而产生声波的现象。反向的效应(即声光效应)的特征在于，声波在物体中的存在会改变物体中材料的物理属性，例如折射率。在这些类型的声学显微镜中，声波携带的信息被转换成探测光的调制。探测光用于测量换能器组件的光声材料层的属性的变化，该变化是由声波撞击光声材料层造成的。US2009/0272191 A1公开了包括光声换能器组件的这种扫描声学显微镜的示例。
尽管光声材料对撞击声信号的瞬时响应使得可以使用较短波长的较高频率脉冲(该脉冲可用于提高扫描声学显微镜的分辨能力)，但是所获得的空间信息可能会受到声光换能器的材料属性的影响。
发明内容
本发明的发明人已经认识到，声光构思的缺点是将承载特征的空间信息的声信号间接转换成被调制的光信号。该转换受换能器的声光材料的材料响应、转换效率以及光学透明度的控制，并因此受到限制。因此，本发明的目的是提供一种包括使用光学检测器的声学显微镜的量测系统，该光学检测器对由入射在光学检测器上的声波导致的材料属性的变化较不敏感。
鉴于以上内容，本发明提供了一种传感器，该传感器包括：被配置为产生声波的换能器；和透镜组件，被配置为接收声波的至少一部分并将声波的至少一部分引导至目标，并接收与目标相互作用之后的声波的至少一部分；和光学检测器，包括至少一个光学反射构件，所述至少一个光学反射构件位于透镜组件的表面处，其中，所述至少一个光学反射构件被布置为响应于所接收的声波以机械方式位移。
本发明提供在与目标相互作用之后光学地感测和检测声波。反射和接收的声波提供了与声学透镜接触的光学检测器的至少一个光学反射构件的机械位移。由于光学反射构件的机械位移，改变了光学检测器中的光路长度，而没有改变光学检测器中的材料的属性，例如折射率。因此，传感器被配置为在不利用光学检测器中的材料属性变化的情况下使用声波来执行成像操作，因此，由传感器测量的信息较少地依赖于光学检测器的材料属性。
在一实施例中，传感器包括一个或更多个辐射源，例如一个或更多个激光源。源自辐射源的至少一个辐射束用于与位于透镜组件的表面处的至少一个光学反射构件相互作用，以测量至少一个光学反射构件的机械位移。
在一实施例中，透镜组件包括被配置为将声波的至少一部分引导到目标的第一透镜，以及被配置为接收从目标被衍射的声波的至少一部分的第二透镜。这样，防止了不同声波之间的串扰。
在另一个实施例中，透镜组件包括具有共同的中心几何轴线的多个透镜。透镜相对于中心轴线定向。在一实施例中，每个透镜的定向是可单独调整的。
在一实施例中，传感器包括至少一个辐射源，所述至少一个辐射源被布置为沿着所述光学检测器中的辐射束参考路径提供并引导参考束。参考束用于干涉地检测被配置为测量光学反射构件的机械位移的辐射束中的相移。
在一实施例中，光学检测器包括光学干涉仪，该光学干涉仪被配置为借助于与光学反射构件相互作用的一个或更多个辐射束来检测至少一个光学反射构件的机械位移。配置为在不同辐射束之间导致相长和/或相消干涉的干涉仪提高了光学检测的检测灵敏度。
在另一实施例中，光学检测器包括至少一个法布里-珀罗腔，其配置成检测至少一个光学反射构件的机械位移。穿过法布里-珀罗腔的辐射束将与衍射声波发生增强的相互作用。通过在法布里-珀罗腔中插入介电介质，衍射声波可以行进到腔中，从而进一步增强了辐射束与声波之间的相互作用。这样，提高了光学检测器的检测灵敏度。
根据本发明的一个方面，提供了一种光刻系统，其包括如本文所述的传感器。传感器可用于测量目标以提供目标的位置信息，该位置信息可用于在曝光之前对准晶片或获得两个或更多个材料层之间的重叠信息。
根据本发明的另一方面，提供了一种量测系统，其包括本文所述的传感器。传感器可用于测量目标以提供目标的位置信息，其可用于获得两个或更多个材料层之间的重叠信息。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于获得设置在物体处的目标的信息的方法，所述方法包括以下步骤：用声波辐照所述物体；接收从所述目标反射并被衍射至较高阶的声波的至少一部分；测量由接收到的声波引起的至少一个光学反射构件的机械位移；以及根据所测量的机械位移导出所述目标的特性。
该方法还包括以下步骤：使所述目标和传感器彼此相对地移动，以横跨所述物体的表面在至少一个方向上扫描目标上的声波。
附图说明
现在将参考示意性附图、仅以示例的方式来描述本发明的实施例，其中在附图中相同的附图标记指示相同的部件，且在所述附图中：
图1描绘了一种示意性的光刻设备；
图2描绘了可以在图1的光刻设备中应用的根据本发明的传感器的示意图；
图3描绘了适用于图2的传感器的光学检测器的示意图；
图4描绘了可以应用于图1的光刻设备中的根据本发明的传感器的实施例的示意图；
图5a描绘了适用于图4的传感器的光学检测器的实施例的示意图；
图5b示出了由传感器检测到的图示性波形；
图6描绘了根据本发明的光学检测器的实施例的示意图；
图7a描绘了根据本发明的光学检测器的实施例的示意图；
图7b示出了由传感器检测到的图示性波形；
图8描绘了根据本发明的光学检测器的实施例的示意图；
图9a和9b描绘了利用多个透镜的声透镜组件的示意图；
图10a和10b是示出透镜组件的实施例的多个换能器和/或接收元件的俯视图；
图11a描绘了根据本发明的光学检测器的实施例的示意图；
图11b是示意性俯视图，图中示出了反射光学构件的照射区域。
具体实施方式
在本文中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如波长为365、248、193、157或126nm)和极紫外辐射(EUV，例如，波长范围约为5-100nm)。
本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指一种通用图案形成装置，其可用于向入射辐射束赋予图案化的横截面，该图案化的横截面对应于将在衬底的目标部分中创建的图案。在这种内容背景下，也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二进制、相移、混合等)之外，其他此类图案形成装置的示例还包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。光刻设备LA包括：被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射，DUV辐射或EUV辐射)的照射系统(也称为照射器)IL；掩模支撑件(例如，掩模台)T，被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并被连接到被配置成用于根据某些参数准确地定位图案形成装置MA的第一定位器PM；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，且连接至配置成根据某些参数准确定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL接收来自辐射源SO的辐射束，例如经由束传递系统BD。照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型和/或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、和/或控制辐射。照射器IL可以用于调节辐射束B以使其在图案形成装置MA的平面处的横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
本文使用的术语“投影系统”PS应该被广义地理解为包括适合于所使用的曝光辐射或者其他因素(诸如使用浸没液体或使用真空)的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、变形型、磁性型、电磁型和/或静电型光学系统，或它们的任何组合。在本文中，任何使用的术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA也可为如下类型：其中衬底的至少一部分可由具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间-这也被称为浸没式光刻术。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，其通过引用并入本文。
光刻设备LA也可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT的类型(也称为“双平台”)。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或可以在位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W上进行衬底W的随后曝光的准备步骤，同时另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于在该另一衬底W上曝光图案。
除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量平台。测量平台布置成保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投影系统PS的属性或辐射束B的属性。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备LA的一部分，例如投影系统PS的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量平台可以在投影系统PS下方移动。
在操作中，辐射束B入射在图案形成装置(例如，被保持在掩模支撑件T上的掩模MA)上，并且通过存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)被图案化。在已经穿过掩模MA之后，辐射束B传递通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统，衬底支撑件WT可被准确地移动，例如，以将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中的被聚焦且对准的位置。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(其未在图1中被明确地描绘)可被用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记Ml、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如图所示的衬底对准标记P1、P2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。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，它们被称为划线对准标记。
为了阐明本发明，使用笛卡尔坐标系。笛卡尔坐标系具有三个轴，即x轴、y轴和z轴。三个轴中的每一个都与其他两个轴正交。围绕x轴的旋转称为Rx旋转。围绕y轴的旋转称为Ry旋转。围绕z轴的旋转称为Rz旋转。x轴和y轴限定水平平面，而z轴在竖直方向。笛卡尔坐标系不限制本发明并且仅用于描述清楚。相反，可以使用诸如圆柱坐标系的另一坐标系来阐明本发明。笛卡尔坐标系的方向可以不同，例如使得z轴具有沿着水平平面的分量。
在复杂器件的制造中，典型地执行许多光刻图案化步骤，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的关键方面是相对于在先的层中(通过同一设备或不同的光刻设备)所铺设的特征正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底设置有一组或更多组标记。每个标记都是一种结构，其位置可以在以后使用位置传感器(典型地是光学位置传感器)进行测量。位置传感器可以被称为“对准传感器”，标记可以被称为“对准标记”。
光刻设备LA可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过该对准传感器可以准确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉的光学现象来从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所述的自参考干涉仪。例如，如US2015261097A1中公开的，已经开发了位置传感器的各种增强和修改。所有这些公开的内容均通过引用并入本文。
标记或对准标记可包括一系列栅条，这些栅条形成在衬底上提供的层上或之中，或者(直接)形成在衬底中。栅条可以规则地间隔开并且用作光栅线，使得标记可以被认为是具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。依赖于这些光栅线的方向，可以设计标记以允许沿着X轴或沿着Y轴(其实质上垂直于X轴定向)的位置的测量。包括相对于X轴和Y轴以+45度和/或-45度布置的栅条的标记允许使用US2009/195768A(其通过引用被并入)中所述的技术进行组合的X和Y测量。对准传感器用辐射的斑光学地扫描每个标记，以获得周期变化的信号，例如正弦波。分析该信号的相位，以确定标记相对于对准传感器的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，对准传感器又相对于光刻设备的参考框架固定。可以提供与不同的(粗略和精细的)标记尺寸相关的所谓的粗略标记和精细标记，从而对准传感器可以区分周期性信号的不同循环以及一循环中的确切位置(相位)。不同节距的标记也可以用于此目的。测量标记的位置还可以提供关于其上设置有标记的衬底的变形的信息，例如以晶片栅格的形式。衬底的变形例如可以通过衬底到衬底台的静电夹持和/或当衬底暴露于辐射时衬底的加热来发生。
本发明涉及用于通过在样本或衬底上的局部位置处进行测量来确定测量辐射束的相位变化的装置和方法。通用应用如图2所图示。图2所描绘的传感器100包括透镜组件101，透镜组件101接收和传输由换能器103产生的声波102。换能器103可以是例如光声换能器或压电换能器，其响应于脉冲发生器104提供的信号而产生声波。在某些实施例中，脉冲发生器104可以是脉冲辐射源，例如用于激励光声换能器的脉冲激光器，其中换能器103响应于脉冲发生器104的信号而产生声波(声音波或压力波)。
使用电信号代替脉冲激光来激励换能器103可能是方便的。例如，脉冲发生器104包括电振荡器，该电振荡器产生脉冲电信号以激励压电换能器103，该压电换能器将电能转换成声能。
由光声或压电换能器103产生的声波102(也称为声束)被传输并被透镜组件101投影到目标106上。
图2图示了一实施例，其中，透镜组件101的面向目标106的第二表面105的至少一部分具有大致凹形的形状。通过这种配置，凹形表面105操作为用于声波的透镜，其可以用于将声波聚焦到透镜组件的焦平面处的感兴趣的区域上。在一实施例中，目标106可以设置在衬底107上，衬底107被保持在衬底支撑件108上。借助于位置控制器109，可以通过改变衬底支撑件108的位置来相对于透镜组件101或更一般地相对于传感器100定位目标106。由此，一个或更多个目标106可以在平行于目标的平面中，例如在水平平面或xy平面中被声波102扫描，和/或在垂直于目标平面的方向上被扫描，例如在竖直或z方向上。
可以在区域119中提供液体(为了清楚起见未示出)作为透镜组件101和目标106之间的耦合介质，以支持声波在元件之间的传输。区域119中的液体可以通过供应和/或提取通道来调节。例如，可以控制液体的纯度和温度，以便以稳定模式操作传感器。
在一实施例中，透镜组件101可以具有渐缩的形状，其中可以与液体接触的第二表面105的尺寸小于与第二表面105相对布置的透镜表面114的尺寸。本领域技术人员将意识到，减小的表面导致减小的液体体积，这对于控制区域119内的液体可能是有益的。
可以在样本或衬底107的表面上提供一个或更多个目标106，例如对准或量测标记，并且可以被在可见光范围内操作的传感器检测到。在另一示例中，一个或更多个目标106被一个或更多个层覆盖。在某些情况下，覆盖层对于可见光是透明的，并且仍然可以通过在可见光范围内操作的传感器来检测标记目标106。然而，存在利用对于可见光不透明的层(例如，包括金属或a-碳的层)的趋势，并且目标106对于在可见波长范围内操作的传感器的检测而言变成被遮挡的。在这种情况下，例如，可以通过利用声波(超声波)的声学显微镜来检测被遮挡的目标106。在图2所示的实施例中，由透镜组件101传输的声波102与衬底107上的目标106(例如包括衍射光栅的对准标记)相互作用(目标106可以设置在衬底表面上，或者也可以埋在材料层(例如不透明层)下方)，然后至少一部分衍射声波110、111被透镜组件101接收。
当与周期性图案或光栅相互作用时，声波的行为与光波类似。从这个角度来看，投影在具有光栅结构的目标上的声波将被衍射。衍射导致被衍射的声波的空间强度分布。通常，这种空间衍射强度分布通过衍射阶来描述。在图2的实施例中，由透镜组件101传输并投影到目标106(在该示例中为光栅结构)上的声波102被光栅结构(例如量测标记)衍射，从而产生一阶衍射声波110和111，分别代表-1和+1衍射阶。在此示例中，+1阶衍射声波111的一部分被透镜组件101接收，从而导致衍射声波112经由透镜组件101被传输到光学检测器115，该光学检测器115包括光学反射构件113。在该实施例中，光学反射构件被施加到透镜组件101的第一表面114，该第一表面114被布置为与透镜组件101的面向透镜组件101的焦平面的第二表面105相对。在一实施例中，光学反射构件113是沉积在透镜组件101的第一表面114上的反射层或刚性地连接到透镜组件101的反射镜。在一实施例中，光学反射构件113是形成光学检测器115的光学布置的一部分。衍射声波112由透镜组件101朝向光学反射构件113传输。响应于衍射声波112，光学反射构件113将振动，然后由光学检测器115检测光学反射构件113的这些振动或引起的机械位移。连接至光学检测器115的至少一个辐射源116产生辐射束，该辐射束可用于检测光学反射构件113的机械位移。
在图2所示的实施例中，处理器117接收来自光检测器115的被检测到的信号118，该信号118表示由入射的衍射声波112引起的光学反射构件113的振动，并且其可以用于进一步处理、分析或控制包括传感器100的设备，例如光刻系统LA或量测系统。在一实施例中，通过例如经由控制器109控制衬底支撑件108相对于传感器100的位置来执行一个或更多个目标106的位置相关测量(目标的扫描)。经由所引起的光学反射构件113的振动由光学检测器115接收的衍射声波112的属性依赖于声波102与目标106的局部相互作用。在一实施例中，一个或更多个目标的空间图像，例如量测标记，是通过将由传感器100获得的信息(该信息被处理器117处理并作为输出发送)与一个或更多个目标106的位置的信息组合而产生的。应当理解，所获得的空间图像的进一步处理典型地涉及计算机组件，该进一步处理可以用于在例如光刻设备LA内获得用于对准目的的目标位置信息，或者可以用于获得量测系统中的目标特性，以获得多层之间的重叠数据。
在图3中描绘了可以应用于如图2所示传感器100中的光学检测器215的示例性实施例。连接至光学检测器215的至少一个辐射源216产生辐射束220，该辐射束220可用于检测光学反射构件213的机械位移。本领域技术人员将理解，可以使用多个光学反射构件213。在该实施例中，由光学检测器215接收的辐射被分束器221分隔成探测束222(也称为探测束)和第二辐射束223(也称为参考束)。探测束222可以被投影到设置在透镜组件201的第一表面214上的光学反射构件213上。在该实施例中，参考束223经由在该示例中的分束器221投影到反射镜224上。在一实施例中，反射镜224是可移动的，使得参考束223的光路长度是可调整的。从而提供可调整的辐射束参考路径。探测束222和参考束223两者都被反射回到分束器221上，分束器221随后将它们引导到检测器225，例如光敏检测器，诸如光电二极管或图像传感器。
在一实施例中，探测束222和参考束223在空间和/或时间上在检测器225处重叠。依赖于探测束222和参考束223之间的光路长度差，探测辐射束222和参考束223之间存在相位差。可以调整反射镜224的位置，使得两个辐射束重叠(在空间上以及在时间上)，这依赖于两个辐射束之间的相位差而导致相长或相消干涉。
由光学检测器215接收的衍射声波212的强度(或通常为压力波的振幅)确定光学反射构件213的机械位移的振幅。通过在例如具有周期性图案的量测标记上进行扫描，在横向扫描期间，衍射声波212的振幅根据所扫描的量测标记的物理属性而周期性地振荡。由于光学反射构件213的机械位移，响应于接收到的声波212，探测束222的光路长度改变。路径长度变化可以对应于探测束222相对于参考束223的相移。通过测量作为标记的位置的函数的相移，可以获得目标的空间信息或更一般的特性。
产生可用于感测机械位移的辐射束220的辐射源216可包括一个或更多个均具有恒定波长的光源，或者可包括一个或更多个具有可变波长的光源。辐射源216的波长可以是可调谐的，例如，辐射源包括具有可调谐光学滤波器的超连续谱光源。另外，辐射源216可以以连续波模式或脉冲模式操作。
光学反射构件213，就其光学属性(例如折射率)在声学刺激的影响下不会改变的意义上而言，可以是无源元件。
在图4中描绘了本发明的传感器300的替代实施例。由换能器303响应于激励源(为清楚起见未示出)产生的声波302被透镜组件301接收并传输到目标306上。在该实施例中，在与例如衍射光栅的目标306相互作用之后，声波302的至少一部分被衍射，并且透镜组件301接收了衍射声波的至少一部分312a、312b。在该示例中，图示了两个互补的衍射阶，例如分别为-1和+1衍射阶，分别对应衍射声波312a、312b。衍射声波312a、312b的每个束可以分别引起光学反射构件313a和313b的机械位移。因此，每个光学反射构件313a、313b可以对应于具体的衍射阶，这对于分析被测量的标记可能是有益的。
在图4所示的实施例中，光学反射构件313a和313b是光学检测器315的构件，所述光学检测器布置成检测由衍射声波312a和312b引起的光学反射构件313a、313b的机械位移。如图3所描绘，光学检测器315可以被认为是光学检测器315的多个布置的配置。本领域技术人员将理解，可以使用多个辐射源316。辐射源316的输出可以在波长、偏振和/或操作模式(例如脉冲波或连续波)上不同。
在一实施例中，处理器317耦接到光学检测器315，以接收由光学检测器315获得的测量信息信号318，以用于进一步的分析和/或控制。控制器309可以用于控制和定位保持衬底307的衬底支撑件308。
图5a图示了包括多个光学反射构件413a和413b并形成光学干涉仪的光学检测器415的实施例，其可以用于如图4所描绘的传感器300中。由辐射源416产生的辐射束420传播到第一光学部件421中，例如分束器，其被配置为将辐射束420分隔成第一辐射束423和第二探测辐射束422。第一辐射束423传播到第二光学部件426中，在第二光学部件426中，第一辐射束423被改变方向到设置在透镜组件401的第一表面414上的光学反射构件413b。第二输出探测辐射束422由第一光学部件421引导朝向设置在透镜组件401的表面414上的光学反射构件413a。本领域技术人员将理解，可以使用附加的光学部件，例如透镜和/或反射镜，来引导和配置探测第一、第二辐射束422、423。
光学反射构件413a和413b可经历在与目标相互作用之后由透镜组件401接收的衍射声波412a和412b刺激的机械位移。反射构件413a、413b的机械位移或振动可以转化为从光学反射构件413a、413b反射的探测第一、第二辐射束422、423的相移。在图5a所示的实施例中，第二探测辐射束422被反射构件413a向回反射，然后经由第一光学部件421和反射镜427(由反射辐射束422a图示)传播到第三光学部件428(例如分束器)中。第一探测辐射束423被反射构件413b向回反射，并经由第二光学部件426传播到第三光学部件428中，如反射第一辐射束423a所图示。第三光学部件428被配置为将每个入射辐射束分隔成两个出射辐射束429、430。因此，每个出射辐射束429、430是反射第二、第一辐射束422a和423a的部分的叠加组合。出射辐射束429和430或叠加的辐射束被投影到一个或更多个检测器431和432上，例如光敏检测器，例如光电二极管或图像传感器，其中叠加的辐射束429、430被转换成电信号433、434以用于进一步分析。
为了在检测器431和432的表面处的反射第二辐射束422a和第一辐射束423a的被分隔的部分之间获得相长或相消干涉，在反射第二辐射束422a、第一辐射束423a的被分隔的部分之间应该具有至少一些在空间和时间上的重叠。考虑两个空间和时间上重叠的辐射束，其具有例如由于两个辐射束之间的光程长度差而导致相对相移第一检测器431检测到的干涉信号可以与/>成比例，第二检测器432检测到的干涉信号可以与成比例。
前述两个辐射束之间的光程长度差可以由光学反射构件413a和413b的机械位移导致，该机械位移可以由衍射和接收的声波412a、412b引起。衍射声波412a、412b携带的信息被依次转换为第一检测器431和第二检测器432检测到的第一辐射束429和第二辐射束430的强度调制。
图5b分别示出了，当例如传感器300扫描具有周期性图案的目标306时，第一检测器431和第二检测器432的第一检测器输出信号433和第二检测器输出信号434的示例性强度图。反射第二辐射束422a和第一辐射束423a之间的相长和相消干涉导致输出信号433和434的交替行为。
图6图示了用于照射位于透镜组件501的第一表面514上的至少第一光学反射构件513a和第二光学反射构件513b的替代实施例，其可以在如图5a所图示的光学检测器415中使用。在该实施例中，由辐射源516产生的辐射束520被光学部件521分隔成第一探测辐射束522和第二探测辐射束523。第一探测辐射束522被投影到第一光学反射构件513a上，其可以被用于响应于第一衍射声波512a来测量机械位移。第二探测辐射束523被投影到第二光学反射构件513b上以响应于第二声波512b而感测机械位移。第一探测辐射束522和第二探测辐射束523两者均可以具有与光学反射构件513a、513b的反射表面的法线不重合的光路。随后，两个探测辐射束522、523都没有被向回反射到光学部件521上，并且经由与在光学反射构件513a和513b处反射时的光路不同的光路传播。为了抑制两个分支之间的内部串扰，该实施例对于其中将照射和检测分支分开的光学检测器的构造可能是有利的。
图7a图示了包括两个法布里-珀罗腔635、636的干涉式光学检测器615的实施例，其可以在如图4所图示的传感器300中使用。法布里-珀罗腔635、636用于增强第一衍射声波612a和第二衍射声波612b与第一探测辐射束622和第二探测辐射束623(也称为探测束)的相互作用。法布里-珀罗腔635和636包括分别布置在透镜阵列601上的光学反射构件613a和613b，以及反射物体637和638。反射物体637、638是例如具有90％或更高的反射率的反射镜。典型的法布里-珀罗腔的品质因数(Q)可能为100或更高，这实质上意味着辐射穿过法布里-珀罗腔100次或更多次。有效地，辐射与声波的相互作用被这一因数增强，从而提高了干涉式光学检测器615的检测灵敏度。通过调谐或匹配与所述腔共振的探测辐射束622、623的波长，可以进一步增强相互作用。可以通过将沿着光轴的方向上的腔的几何尺寸中的至少一个(例如决定腔内光学往返时间的腔长度)与辐射半波长的整数相匹配来获得相同的结果。
在另一个实施例中，光学检测器615可以包括两个以上的法布里-珀罗腔。例如，光学检测器615可包括沿x方向和y方向二者布置的法布里-珀罗腔，以检测从在xy平面内具有不同方向的标记衍射的声波。在另一个示例中，沿着同一轴线布置三个或更多个法布里-珀罗腔。
法布里-珀罗腔635和636可以包括反射镜，例如反射率为99％的金属反射镜，其间具有介电材料，使得由目标衍射的声波可以行进到法布里-珀罗腔中。本领域技术人员将认识到，两个反射构件之间的间隔，例如在光学反射构件613a和反射物体637之间的间隔，可以对应于声波波长的一半(或者通常具有半波长的奇数倍)、和/或可以在用于探测腔的辐射的光学共振的边缘上，使得腔的反射率当声波通过时而最大地变化。
可以将由辐射源616产生的辐射束620的波长调谐到法布里-珀罗腔635和/或636的腔长度，以增强衍射声波612a，612b与探测辐射束622、623的相互作用。通过将压电材料插入到法布里-珀罗腔中并向该压电材料施加电压，可以改变腔长度，以创建用于声波612a、612b以及用于探测辐射束622、623的谐振腔。
在图7a所示的实施例中，已经与衍射声波612a和612b相互作用的反射辐射束622a和623a分别投影在检测器631和632上。每个检测器，例如可以是诸如光电二极管或图像传感器的光敏检测器，检测可以与衍射声波612a或612b的单个衍射阶相对应的单个辐射束。分别处理每个检测器631、632的输出信号，例如以分析单个检测分支的响应，即，单个法布里-珀罗腔与单个检测器的组合，这可能是有利的。在另一个实施例中，来自两个检测器631、632的输出信号可以在被处理器接收以用于进一步处理之前被组合成单个通道618。
图7b示出检测器信号618作为具有周期性图案(例如对准标记)的目标上的扫描位置的函数的示例。反射辐射束622a和623a之间的相长和相消干涉导致检测器信号618交替。
本领域的技术人员将理解，法布里-珀罗腔的前述实施例也可以分别用于如图2和3所图示的光学检测器115和215中。
图8描绘了如图5a所图示的包括干涉仪的光学检测器715的实施例，该光学检测器715还包括两个法布里-珀罗腔(735和736)作为光学构件。在光学检测器的检测分支中使用法布里-珀罗腔的上述优点在此也适用。与图7a所图示的实施例的区别在于，在该实施例中，由第一检测器731和第二检测器732检测到的第一叠加辐射束729和第二叠加辐射束730是至少两个反射的辐射束的叠加。依赖于例如由两个辐射束之间的光程长度差引起的反射辐射束722a、723a之间的相对相位差，辐射束在检测器731、732处相长或相消干涉。当横向扫描周期性图案时，可能会产生类似如图5b所示的交替信号，不同之处在于，两个法布里-珀罗腔735、736增强了光学检测器715的检测灵敏度。
在图9a和9b中描绘了可以分别在图2和4中所图示的传感器100和300中使用的透镜组件801的两个实施例。在这两个实施例中，透镜组件801包括多个透镜840-842，其中第一透镜(被配置为接收声波并朝向目标传输声波)与第二透镜(被配置成接收并传输从目标被衍射的声波)分开地设置，以避免在朝向目标传播的波和从目标传播的波之间的串扰。例如，在同一透镜中传播的两个声波之间的串扰可能是由透镜内部的反射(内反射)引起的。
在图9a所示的实施例中，透镜组件801包括三个透镜840、841、842，它们平行于共同的几何或中心轴线850布置。在该实施例中，中心透镜840布置成将声波引导向目标。外部透镜841和842布置成接收由目标衍射的波的至少一部分。对于一些实施例，使用更少或更多的透镜可能是方便的。
图9b示出了包括中心透镜840以及两个外部透镜841和842的透镜组件801的实施例。第一外部透镜841和第二外部透镜842相对于中心轴线850分别以第一角度θ1和第二角度θ2倾斜。中心透镜840沿着中心轴线850定向，并且在该示例中，布置成将声波引导朝向目标。然后，将两个外部透镜841、842布置为接收由目标衍射的声波的至少一部分。
在一实施例中，第一透镜841和第二透镜842的倾斜或更一般的定向可以相对于中心透镜840和/或中心轴线850是可调整的。第一角度θ1和第二角度θ2可以相等或不同。因此，第一透镜841可以接收与第二透镜842所接收的衍射阶不同的一个或更多个衍射阶。这使得能够选择性地检测衍射阶。
为了接收共轭衍射阶，例如-1和+1衍射阶，第一θ1和第二θ2角度相等是方便的。
在另一实施例中，外部透镜中的一个，例如第一透镜841，用于接收声波并将声波传输至目标，而其它透镜840、842用于接收由目标衍射的波的至少一部分。在该实施例中，第二透镜842可以接收已经与目标相互作用的声波的第零衍射阶，而中心透镜840可以接收其-1衍射阶。
前述实施例和图示描述了本发明的二维表示。本领域技术人员将认识到，传感器不限于该实施例的二维取向。在图2所示的示例性图示中，声波102被包括具有周期性图案的光栅结构的目标106在xz平面上衍射。实际的衍射图案和衍射方向依赖于光栅的方向。因此，依赖于目标配置，衍射声波102的衍射图案也可以在y方向上引导或传播。
图10a示出了可以分别在图2和图4所图示的传感器100和传感器300中使用的透镜组件901的图示性俯视图。为了清楚起见，示出了单个内部换能器(在本实施例中960表示内部内部换能器)和单个外部光学反射构件961。内部换能器960和外部光学反射构件961同心地布置在透镜组件901上，优选内部换能器960和外部光学反射构件961相对于彼此并且相对于透镜组件901的中心轴线同轴地布置。一个或更多个辐射束与外部光学反射构件961相互作用并在外部光学反射构件961上反射的部位可以依赖于目标，例如依赖于衍射图案的方向。在该实施例中，可以使用单个透镜或多个同轴透镜，其机械地连接到内部换能器960和外部光学反射构件961。
当具有单个光学反射构件961的透镜组件(实际是单个透镜)901用于感测由目标衍射的声波的整个空间分布时，可能发生不同衍射阶之间的串扰。例如在-1和+1衍射阶都引起光学反射构件961的机械位移时，可能会发生串扰。为了防止或减少不同衍射阶之间的串扰，可以使用分布在一个或更多个透镜上的多个单独的光学反射构件。在如图10b所图示的示例性实施例中，透镜组件901包括四个光学反射构件962-965。光学反射构件962-965中的每一个可以与具体的一组衍射声波相互作用，并且因此可以与之相对应或相关。第一光学反射构件962和第二光学反射构件965可以分别被对应于被目标衍射的声波的-1和+1衍射阶的声波刺激，该目标具有在x方向上定向的光栅图案。相似地，第三光学反射构件963和第四光学反射构件964可以与被具有y定向光栅的目标衍射的声波的-1和+1衍射阶相关。
如图10b所呈现的说图示性俯视图可以对应于图9a和/或9b所示的实施例的俯视图。使换能器和光学反射构件可互换，以为成像目标提供更大的灵活性，则可能是方便的。在图10a和10b所示的示例性实施例中，声波由换能器(在本实施例中962表示换能器)产生，并且光学反射构件960、963-965是光学检测器的构件，其可能通过衍射声波经历机械位移。
本领域的技术人员将理解，前述实施例可包括一个以上的换能器。在包括两个换能器(在此实施例中962、964为换能器)和三个光学反射构件960、963、965的透镜组件901的示例中，可以用来扫描具有不同光栅定向的多个或一组目标。因此，一个或更多个脉冲发生器可以提供例如具有不同频率的不同信号来激励换能器。
图11a描绘了包括自参考干涉仪1071的光学检测器1015的实施例。在该实施例中，由辐射源1016产生的辐射束1020被光学部件1021投影到光学反射构件1013上，该光学反射构件1013可用于响应于由透镜组件1001传输的一个或更多个衍射声波1012a、1012b测量光学反射构件1013的机械位移。本领域技术人员将理解，光学反射构件1013可以包括法布里-珀罗腔，这增强了光学检测器1015的检测灵敏度。
可以将束阻挡器1080放置在换能器1004前面的辐射束1020的光路中，以防止辐射从换能器朝向光学检测器1015内的周围光学元件的反射，这可能干扰测量。束阻挡器1080可以被布置为产生中空辐射束。产生入射到光学反射构件1013上的中空圆形辐射束可能是方便的。
由光学反射构件1013反射的辐射形成反射的辐射束1020a，该辐射通过光学部件1021和第一半波片1070朝向自参考干涉仪1071传播。干涉仪1071将反射的辐射束1020a分隔成相互正交的偏振的两个部分，使这些部分绕光轴相对彼此旋转180°，并将它们组合成输出辐射束1020b。出射辐射束1020b离开自参考干涉仪1071并传播通过第二半波片1072，此后，光学部件(例如偏振分束器)1073将辐射束1020b分别分隔成第一辐射束1075和第二辐射束1076。第一辐射束1075包含两个旋转的辐射部分的差，第二辐射束1076包含两个旋转的辐射部分的和。
第一辐射束1075和第二辐射束1076由检测器1031检测，检测器1031可以包括一个或更多个光敏检测器，例如光电二极管或图像传感器。检测器1031可以耦接到处理器以接收测量信息信号以用于进一步的分析和/或控制。
在一些实施例中，光纤可用于收集第一辐射束1075和第二辐射束1076并将其引导到检测器1031。
在另一个实施例中，辐射源1016产生颜色和/或偏振具有某种多样性的辐射束1020，例如波长在400至900nm范围内的辐射。为了将第一辐射束1075和第二辐射束1076都分隔成多个束，每个束具有与上述多样性相对应的不同波长，检测器1031可以包括光学信号分离器。光学信号分离器包括光学部件，例如二色性反射镜和/或光纤，其被布置成将不同波长的光分离成分离的带。被分离的辐射束可以由一个或更多个光敏检测器顺序地检测。
在一实施例中，透镜组件1001包括同轴布置并具有共同轴线的两个或更多个透镜。可以减少或防止声波1002与衍射声波1012a、1012b之间的串扰。
图11b描绘了透镜组件的图示性俯视图，图中示出了由空心圆形辐射束1020照射的圆形区域1081。
在一实施例中，传感器100可以包括一个或更多个电容性检测构件，其被布置为响应于所接收的声波而检测机械位移。一个或更多个电容性检测构件可以分离地使用，或者与一个或更多个光学反射构件113结合使用。
包括根据本发明的至少一个传感器100的量测设备可以被应用于获取在衬底上提供的一个或更多个量测目标的信息，例如量测标记，以便获得与所测量的量测标记相关的层的重叠信息。量测设备可以包括控制器，该控制器被配置为使得至少一个传感器100获取一个或更多个目标的信息，例如位置信息。例如，通过控制衬底支撑件相对于传感器的位置，从而扫描衬底和目标。另外，目标位置信息可以用于生成晶片栅格图。该晶片栅格图可作为前馈控制在光刻设备LA中用于下一曝光步骤，无论是否与基于光刻设备LA中的对准顺序的晶片栅格图结合使用。
在一实施例中，一种系统包括光刻设备LA和量测设备。该系统包括根据本发明的至少一个位置传感器。因此，光刻设备LA或量测设备、或者光刻设备LA和量测设备两者均能够获取设置在一层或更多层上的一个或更多个目标的位置信息。
尽管在本文中可以具体参考在IC的制造中使用光刻设备，但应理解，本文所述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括集成光学系统的制造、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
尽管在本文中可以在光刻设备的内容背景中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备(例如用于获得重叠信息)或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上文已经对本发明的实施例在光学光刻术中的内容背景中使用做出了具体参考，但是应当理解，在内容背景允许的情况下，本发明不限于光学光刻术，并且可以在其他应用中使用，例如压印光刻术。
虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解，本发明可以不同于所描述的方式实践。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员清楚的是，在不脱离下面陈述的方面的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。
1.一种传感器，包括：
换能器，被配置为产生声波；
透镜组件，被配置为将声波传输并引导至所述目标，并接收与目标相互作用之后的声波的至少一部分；和
光学检测器，包括至少一个光学反射构件，所述至少一个光学反射构件被布置成接收声波的所述至少一部分，
其中所述至少一个光学反射构件被布置为响应于所接收的声波以机械方式位移。
2.根据方面1所述的传感器，还包括至少一个辐射源，所述至少一个辐射源被配置为照射所述至少一个光学反射构件。
3.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述透镜组件包括：
第一透镜，被配置为将声波引导至所述目标；和
第二透镜，被配置为接收与所述目标相互作用之后的声波的至少一部分。
4.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述透镜组件包括被布置为具有共同的几何轴线的多个透镜。
5.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述至少一个辐射源被布置为沿着所述光学检测器中的辐射束参考路径提供并引导参考束。
6.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述光学检测器包括光学干涉仪，所述光学干涉仪被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
7.根据方面1-4中任一项所述的传感器，其中，所述光学检测器包括自参考干涉仪，所述自参考干涉仪被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
8.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述光学检测器包括至少一个法布里-珀罗腔，所述至少一个法布里-珀罗腔被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
9.根据方面8所述的传感器，其中，所述至少一个法布里-珀罗腔包括电介质。
10.根据方面8和/或方面9所述的传感器，其中，所述至少一个法布里-珀罗腔被配置为在沿着光轴的方向上改变所述法布里-珀罗腔的几何尺寸。
11.根据任一前述方面所述的传感器，其中，所述透镜组件具有锥形形状。
12.根据方面1所述的传感器，还包括至少一个电容性检测构件，所述至少一个电容性检测构件被布置为响应于所接收的声波而检测机械位移。
13.一种光刻系统，包括：至少一个根据任一前述方面所述的传感器；和控制器，所述控制器被配置为使所述至少一个传感器获取一个或更多个目标的信息，以使用所获取的所述一个或更多个目标的信息来控制所述目标的定位。
14.一种量测系统，包括方面1至11中任一项所述的传感器，所述传感器被配置为获取一个或更多个目标的信息，以使用所获取的所述一个或更多个目标的信息来获得重叠信息。
15.一种系统，包括根据方面13所述的光刻设备和根据方面14所述的量测设备。
16.一种用于获得设置在物体处的目标的信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-用声波辐照所述物体；
-接收从所述目标反射的声波的至少一部分；
-测量由接收到的声波引起的至少一个光学反射构件的机械位移；和
-根据所测量的机械位移导出所述目标的特性。
17.根据方面16所述的方法，其中，所述方法还包括：
使所述目标和传感器彼此相对地移动，以横跨所述物体的表面在至少一个方向上扫描目标上的声波。

Claims (14)

1.一种传感器，包括：
换能器，被配置为产生声波；
透镜组件包括：
第一透镜，被配置为将所述声波引导至目标；和
第二透镜，被配置为接收与所述目标相互作用之后的所述声波的至少一部分；和
光学检测器，包括至少一个光学反射构件，所述至少一个光学反射构件被布置成接收所述声波的所述至少一部分，
其中所述至少一个光学反射构件被布置为响应于所接收的声波以机械方式位移。
2.根据权利要求1所述的传感器，还包括至少一个辐射源，所述至少一个辐射源被配置为照射所述至少一个光学反射构件。
3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述透镜组件包括被布置为具有共同的几何轴线的多个透镜。
4.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述至少一个辐射源被布置为沿着所述光学检测器中的辐射束参考路径提供并引导参考束。
5.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述光学检测器包括光学干涉仪，所述光学干涉仪被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
6.根据权利要求1或2所述的传感器，其中所述光学检测器包括自参考干涉仪，所述自参考干涉仪被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
7.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述光学检测器包括至少一个法布里-珀罗腔，所述至少一个法布里-珀罗腔被配置为检测所述至少一个光学反射构件的机械位移。
8.根据权利要求7所述的传感器，其中所述至少一个法布里-珀罗腔包括电介质。
9.根据权利要求7所述的传感器，其中所述至少一个法布里-珀罗腔被配置为在沿着光轴的方向上改变所述法布里-珀罗腔的几何尺寸。
10.根据权利要求1或2所述的传感器，其中，所述透镜组件具有锥形形状。
11.一种光刻系统，包括根据任一前述权利要求所述的传感器。
12.一种量测系统，包括权利要求1至10中任一项所述的传感器，所述传感器被配置为获取一个或更多个目标的信息，以使用所获取的所述一个或更多个目标的信息来获得重叠信息。
13.一种用于获得设置在物体处的目标的信息的方法，所述方法包括以下步骤：
-用声波辐照所述物体；
-使用第一透镜将所述声波引导至所述物体；
使用第二透镜以在所述声波与所述物体相互作用后，接收从所述目标反射的声波的至少一部分；
-测量由接收到的声波的所述至少一部分引起的至少一个光学反射构件的机械位移；和
-根据所测量的机械位移导出所述目标的特性。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括：
使所述目标和传感器彼此相对地移动，以横跨所述物体的表面在至少一个方向上扫描目标上的声波。
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