CN112368647A

CN112368647A - 位置传感器

Info

Publication number: CN112368647A
Application number: CN201980045196.7A
Authority: CN
Inventors: S·A·戈登; S·R·惠斯曼; D·阿克布鲁特; A·波洛; J·A·G·阿克曼斯; A·J·登博夫
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: WO2020007558A1; JP2021528678A; US11333985B2; US20210124276A1; JP7101268B2; CN112368647B

Abstract

本发明提供了一种位置传感器(300)，包括被配置为向衬底(307)提供测量辐射(304)的光学系统(305，306)。光学系统被布置为接收由设置在衬底上的标记(308)衍射的辐射(309)的至少一部分。应用处理器(313)以从接收到的辐射中得出至少一个位置敏感信号(312)。测量辐射包括至少第一选定辐射波长和第二选定辐射波长。至少第一辐射波长和第二辐射波长的选择基于位置误差摆动曲线模型。

Description

位置传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月6日提交的欧洲专利申请18182091.1的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及位置测量系统和量测系统，并且具体地涉及位置传感器。

背景技术

光刻设备是一种被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。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”)投射到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

随着半导体制造工艺的不断发展，电路元件的尺寸不断减小，同时每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量在数十年间稳定增长，这种增长所遵循的趋势通常被称为“摩尔定律”。为了与摩尔定律保持一致，半导体行业正在寻求能够产生越来越小特征的技术。为了将图案投射在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了在衬底上图案化的特征的最小尺寸。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，使用波长在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。

目前持续的趋势是在制造过程中利用对可见光是不透明的材料层，例如用于3D存储器应用的金属或碳层或基于硫族化物的材料。在制造过程中使用这些类型的不透明材料导致如下挑战：在被这种不透明材料层覆盖时检测通常用于晶片对准或用于量测目的的标记。利用可见光检测这种标记的传统量测工具不再能够测量标记，因为这些标记被覆盖的不透明材料层所遮挡。

量测工具的波长范围可以扩展到红外波长区域以测量对可见光不透明但是对于红外光至少部分透明的材料层。在EP16186333A1中公开了在红外光谱中操作的对准传感器的示例。使用红外光的一个缺点是由(可能是由掩埋标记引起的)衬底表面粗糙度或表面形貌引起的红外光散射，这可能与从掩埋标记衍射的红外光干涉。这意味着包括标记的空间信息的衍射红外光与由衬底表面散射的红外光交织。这可能导致标记位置确定的不可接受的误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种对衬底形貌引起的误差不那么敏感的位置传感器。鉴于以上内容，本发明提供了一种位置传感器，该位置传感器包括：被配置为向衬底提供测量辐射并且在测量辐射与设置在衬底上的标记相互作用之后接收衍射辐射的至少一部分的光学系统，其中测量辐射包括至少两个选定辐射波长；被配置为检测衍射辐射的至少一部分并且被布置为将检测到的衍射辐射的至少一部分转换为电子信号的至少一个光学检测器；被配置为从电子信号中得出至少一个位置敏感信号的处理器；以及能够访问第一子系统和第二子系统中的至少一者的辐射波长选择系统；第一子系统被配置为接收材料堆叠信息并且计算位置误差摆动曲线模型，第二子系统被配置为基于位置误差摆动曲线模型选择至少两个选定辐射波长。

本发明的发明人已经认识到，位置值的误差根据用于测量掩埋标记的位置的测量辐射的波长而波动。此外，作为波长的函数的位置误差示出了零附近的摆动曲线行为。

对于每个辐射波长，可以根据摆动曲线模型获取每个具有位置误差的位置信息。对于由两个选定辐射波长形成的光谱对，通过从第一辐射波长的辐射中得出的第一位置敏感信号与从第二辐射波长的辐射中得出的位置敏感信号的加权和来计算标记的位置信息。

基于摆动曲线模型选择至少两个波长，例如，与具有不同极性的位置误差对应的两个波长范围的光谱对，位置误差彼此抵消。通常，与选定辐射波长对应的总位置误差变为近似等于零：

，其中p_i是辐射波长λ_i处的位置误差，i是整数，n是波长数。

至少两个选定波长可以相差(2m+1)Ω/2，其中m是等于或大于0的整数，Ω是摆动曲线周期。通过该选择标准，第一辐射波长和第二辐射波长相差奇数数量的半个摆动曲线周期，并且对应位置误差具有不同极性。

发明人已经认识到，可以通过使用具有包括奇数个波长的选定辐射波长的测量辐射来补偿或平衡位置值的误差。奇数个波长可以在单个摆动曲线周期Ω中平均分布。因此，均匀分布的波长相差摆动曲线周期除以辐射波长的奇数数量。这限制了测量辐射的所需要的辐射波长范围，这可能对位置传感器设计有利。通常，测量辐射可以包括n个波长，并且n个辐射波长相差Ω/n，其中n是大于1的奇数整数，Ω是摆动曲线周期。

根据本发明的实施例，光学系统包括具有符合摆动曲线的包络的抑制光谱的光学透射滤光器。光学透射滤光器被布置为使得接收到的辐射穿过光学透射滤光器。透射辐射的幅度根据摆动曲线的包络而减小。由此，获取了幅度的标度转移或归一化，其在透射辐射与光学检测器相互作用之前，补偿了所接收的测量辐射的不同波长处的位置误差的差异。

根据本发明的实施例，测量辐射由包括一个或多个光源的辐射源提供，一个或多个光源被布置为生成至少两个选定辐射波长的辐射。第一辐射波长和第二辐射波长可以在红外光谱内，并且更具体地在近红外和/或中红外光谱内。具有在红外光谱内的第一辐射波长和第二辐射波长的测量辐射能够穿透对可见光谱内的辐射不透明的材料层，并且可以与被这种材料层掩埋的标记相互作用。

位置传感器设置有辐射源，该辐射源包括至少双波段波长选择器，从而可以通过使用具有第一辐射波长和第二辐射波长的辐射来测量标记。

根据本发明的实施例，辐射源能够以脉冲模式操作，从而提供具有时间上分离的至少第一辐射波长和第二辐射波长的测量辐射。这允许在单个位置测量期间使用更多波长。

根据本发明的实施例，位置传感器可以包括与以脉冲模式操作的辐射源同步的时间门控光学检测器。

根据本发明的实施例，光学系统包括至少一个干涉仪。

根据本发明的实施例，提供了一种用于在衬底上施加图案的光刻设备，该光刻设备包括如本文中描述的至少一个位置传感器和控制器，该控制器被配置为引起位置传感器使用两个或更多个选定辐射波长范围内的辐射获取设置在衬底上的一个或多个标记的位置信息，并且使用一个或多个标记的测量位置来控制施加到衬底的一个或多个图案的位置。因此，至少一个位置传感器可以被布置作为对准传感器，该对准传感器使得能够穿过不透明材料层进行对准。标记位置的信息可以用于在曝光连续材料层之前计算晶片网格。

本发明还提供一种量测设备，该量测设备包括如本文中描述的至少一个位置传感器和控制器，控制器被配置为引起至少一个位置传感器使用两个或更多个选定辐射波长范围内的辐射获取一个或多个标记的位置信息。因此，至少一个位置传感器可以被布置为量测传感器，该量测传感器使得能够对由对可见光谱内的辐射不透明的材料层掩埋的一个或多个量测标记进行位置测量，以便获取各层的覆盖信息。

在一个实施例中，一种系统包括光刻设备和量测设备。该系统包括至少一个根据本发明的位置传感器。因此，光刻设备或量测设备或两者都能够获取被材料层掩埋的一个或多个标记的位置信息。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于获取设置在物体上的标记的位置信息的方法，该方法包括以下步骤：选择至少第一辐射波长和第二辐射波长，用至少第一辐射波长和第二辐射波长的测量辐射照射物体，接收从物体衍射和/或散射的辐射的至少一部分，根据检测器输出信号生成位置测量信号，从位置测量信号中得出标记的性质，其中至少第一辐射波长和第二辐射波长的选择基于位置误差摆动曲线模型。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中：

-图1描绘了光刻设备的示意性概图；

-图2示出了该问题；

-图3描绘了衍射辐射场的复平面图；

-图4描绘了总衍射辐射场的复平面图；

-图5描绘了两个位置误差摆动曲线；

-图6示意性地描绘了根据本发明的实施例的位置传感器；以及

-图7描绘了根据本发明的流程图。

具体实施方式

在本文件中，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EUV(极端紫外辐射，例如，波长在约5-100nm范围内)。

本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指可以用来向入射辐射束赋予与将在衬底的目标部分中创建的图案对应的图案化横截面的通用图案形成装置。在此上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二进制、相移、混合等)，其他这样的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示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，其被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，其被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到被配置为根据特定参数来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，其被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到被配置为根据特定参数来准确地定位衬底支撑件的第二定位器PW；以及投射系统(例如，折射投射透镜系统)PS，其被配置为将通过图案形成装置MA而赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。

在操作中，照射系统IL例如经由束传输系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、整形和/或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学组件、和/或其任何组合。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的平面处在其横截面中具有期望的空间和角度强度分布。

本文中使用的术语“投射系统”PS应当广义地解释为涵盖各种类型的投射系统，包括折射、反射、折反射、畸变、磁、电磁和/或静电光学系统、或其任何组合，以适合于所使用的曝光辐射和/或其他因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)。本文中术语“投射透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投射系统”PS同义。

光刻设备LA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，以填充投射系统PS与衬底W之间的空间，这也可以被称为浸没式光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253(其通过引用并入本文)中给出。

光刻设备LA也可以是具有两个或更多个衬底支撑件WT(也称为“双台”)的类型。在这样的“多台”机器中，衬底支撑件WT可以并行使用，和/或在准备衬底W的后续曝光时的步骤可以在位于衬底支撑件WT之一上的衬底W上执行，而另一衬底支撑件WT上的另一衬底W用于另一衬底W上的图案的曝光。

除了衬底支撑件WT，光刻设备LA可以包括测量台。测量台被布置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被布置为测量投射系统PS的性质或辐射束B的性质。测量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的一部分，例如投射系统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远离投射系统PS时，测量台可以在投射系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射在图案形成装置上，例如被保持在掩模支撑件MT上的掩模MA上，并且由图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投射系统PS，该投射系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置测量系统IF，衬底支撑件WT可以被准确地移动，例如，以便将不同目标部分C定位在辐射束B的路径中的聚焦和对准位置处。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(在图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置MA。图案形成装置MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。尽管所示出的衬底对准标记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。衬底对准标记P1、P2在位于目标部分C之间时被称为掩模版对准标记。

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。三个轴中的每个与其他两个轴正交。绕x轴的旋转被称为Rx旋转。绕y轴的旋转被称为Ry旋转。绕z轴的旋转被称为Rz旋转。x轴和y轴限定水平面，而z轴在垂直方向上。笛卡尔坐标系不限制本发明，而仅用于澄清。取而代之，可以使用诸如圆柱坐标系等另一坐标系来阐明本发明。笛卡尔坐标系的取向可以不同，例如使得z轴具有沿着水平面的分量。

在复杂器件的制造中，通常执行很多光刻图案形成步骤，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先前层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)铺设的特征正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此，衬底设置有一组或多组标记。每个标记是一种结构，其位置可以在稍后时间使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标记可以被称为“对准标记”。

光刻设备可以包括一个或多个(例如，多个)对准传感器，通过该对准传感器，可以精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等光学现象来从衬底上形成的对准标记获取位置信息。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。所有这些出版物的内容均通过引用并入本文。

图2示出了发明人所解决的问题。设置有标记101的衬底100，例如，用于对准和/或量测目的的周期性光栅结构，其包括材料层堆叠，该材料层堆叠包括对可见光不透明的材料层。为了穿透不透明材料层，可以使用在红外光谱内的辐射。例如，红外光谱可以覆盖测量范围为750nm至1300nm的近红外光谱和覆盖的波长范围为1300nm至3000nm的中红外光谱。使用光谱的哪一部分可以取决于材料层堆叠的材料性质。测量辐射110入射在设置有掩埋标记101的衬底100上。测量辐射的第一部分可以由于表面粗糙度和/或表面形貌在衬底表面102处被散射，例如由在下面的结构(例如，标记)的残留形貌引起的，并且由此产生散射辐射束111a和111b。入射的测量辐射束的第二部分可以穿透衬底并且可以被掩埋标记101衍射并且由此产生衍射辐射束112a和112b。为了清楚起见，仅示出了一个正衍射级和一个负衍射级。因此，总的返回辐射可以包括已经与衬底表面(111a、b)相互作用的测量辐射、以及已经与标记(112a、b)相互作用的测量辐射，其可以携带标记的特性。基于总返回辐射的测量结果可能是错误的，例如错误的标记位置。

为了阐明由于残留的形貌和表面粗糙度而导致的测量辐射110在衬底表面102处的散射如何影响标记位置的确定，通过如图3所示的复杂平面图来说明根本的物理过程。在这种所谓的相量模型中，每个返回辐射束(111a、b和112a、b)的电场分量由其实部和虚部表示。在图3中，仅示出了两个主要共轭衍射级的电场分量。这些例如可以分别是-1和+1衍射级的电场分量E^-1和E⁺¹。这些通常是由包括例如，对准或量测标记的周期性光栅结构，的特征引起的辐射衍射的结果。参考图2，这些衍射级分别是衍射辐射束112a和112b。

标记x_mark相对于参考位置的位置可以描述为

其中

表示两个共轭衍射级之间的相位差，P表示标记的光栅节距。在标记101相对于入射辐射110移位的情况下，第一衍射级的相位增加，而第二衍射级的相位减少。这表示，共轭衍射级之间的相位差

发生变化。另一方面，当辐射波长或光栅节距改变时，衍射级获取相同的相位增加或减少，因此它们的公共相位偏移ψ被改变。

可以将上述相量模型应用于在与衬底表面102相互作用之后返回的测量辐射111a和111b的第一部分、以及在与掩埋标记101相互作用之后返回的辐射112a和112b的第二部分。由检测器(例如，对准或量测传感器)接收的信号可以是返回辐射的第一部分和第二部分的组合。这将在相量模型内给出组合表示，如图4所示。

图4描绘了与衬底100相互作用之后总的返回辐射的复平面图。在这个图中，我们已经确定了入射辐射束110和掩埋标记101的位置，使得两个衍射级

的相位为零，因此

并且x_mark＝0。为了清楚起见，将公共相位偏移被设置为零(ψ_mark＝0)。这表示，虚部

为零。在相量模型表达式中，所测量的电场

和所测量的相位差

由在与衬底表面相互作用之后的辐射的电场分量

确定。这表示，所测量的标记位置x_measured与实际标记位置x_mark不同，并且位置误差由在衬底表面处散射的辐射确定。位置误差可以描述为

其是表面散射信号E_surface与标记信号E_mark之间的比率的函数。并且，由于位置误差由散射场之间的相位差控制，因此位置误差还取决于辐射的波长和材料堆叠的厚度。

对于较小的残留表面形貌，其中|E_surface|＜|E_mark|，位置误差可以用位置误差

来描述。公共相位偏移ψ_surface与辐射波长近似成线性比例。这表示，由表面形貌引起的位置误差将遵循作为辐射波长的函数的摆动曲线。

图5描绘了针对具有不同形貌或粗糙度的第一表面和第二表面，作为测量辐射光子能量和波长的函数的标记的测量位置误差的图形表示。由第一表面和第二表面引起的位置误差可以分别由均围绕零振荡的第一摆动曲线201和第二摆动曲线202描述。摆动曲线201、202具有由材料堆叠确定的周期Ω。材料堆叠的性质(例如，材料厚度和折射率)确定了测量辐射110在堆叠内的传播时间。这意味着，摆动曲线的特性(例如，峰和谷的位置及其周期Ω)是堆叠特定的。因此，当通过使用相同的辐射波长测量两个标记的位置，并且每个标记被(略微)不同的材料堆叠掩埋时，每个测量的所得到的位置误差可能会不同。

另外，具有类似的材料堆叠但具有不同表面粗糙度和/或形貌的两个衬底可以具有两个不同的摆动曲线201、202。每个摆动曲线的幅度以及摆动曲线的符号取决于表面特性。因此，由于表面特性的差异，对于对等的类似材料堆叠，可以获取不同的摆动曲线。

为了完整性，摆动曲线201和202的幅度非线性地(例如，指数地)减小，以增加波长(减小能量)。例如，对于具有非晶碳层的透射率随辐射波长的变化而增加的材料堆叠，可以观察到这种非线性行为。该非线性趋势可以由包络函数203表示。

尽管半导体工艺被优化为具有尽可能少的晶片内和晶片间变化，但是实际的堆叠性质可以在单个晶片上以及在不同晶片之间变化。这种变化可以是堆叠厚度方面或堆叠材料成分方面，这两者都会导致摆动曲线的改变或移动。如本领域技术人员将认识到的，并且因此参考图5，通过使用在拐点处的波长的测量辐射110执行测量，结果将变得对扰动敏感。例如，在摆动曲线201的拐点处选择辐射波长可以导致位置测量对于第一位置处的第一标记具有可忽略的位置误差，而对于在具有(略微)不同堆叠的第二位置处的第二标记，错误可能会大得多。

通过使用包括例如相差半个摆动曲线周期的第一辐射波长和第二辐射波长(在图2中都由110示出)的测量辐射来测量设置在衬底100上的标记101的位置信息，可以获取第一位置和第二位置。标记的位置信息可以通过计算第一位置和第二位置的平均值或加权和来获取。第一位置和第二位置可以分别具有第一位置误差和第二位置误差。并且，由于第一辐射波长和第二辐射波长相差半个摆动曲线周期(Ω/2)，所获取的位置误差具有相反的符号，即，不同的极性。通过在计算平均加权位置或总加权位置时考虑包络函数203的非线性行为，位置误差彼此抵消。

由于摆动曲线是周期曲线，因此本领域技术人员将意识到，位置误差抵消可以通过使用包括例如相差奇数整数个半摆动曲线周期(Ω/2、3Ω/2、5Ω/2等)的两个辐射波长的测量辐射110来实现。该系列光谱差可以被写为(2m+1)Ω/2，其中m是等于或大于0的整数。

包括相差奇数个半摆动曲线周期(Ω/2)的第一辐射波长和第二辐射波长的测量辐射110形成光谱对。

另外，发明人已经认识到，如上所述，基于极性差异的抵消原理可以利用具有被限制为单个摆动曲线周期Ω的光谱范围的测量辐射110来获取。通过选择在单个摆动曲线周期Ω中平均分布的奇数数量的不同辐射波长，位置误差通过平均或总加权位置彼此抵消。选定的奇数数量的辐射波长之间相差摆动曲线周期Ω除以波长的奇数数量：Ω/n，其中n是大于1的奇数整数。

为了选择至少两个辐射波长，可以使用基于位置误差摆动曲线模型的选择标准。从而，优选地，辐射波长通过以下方式来选择：计算预期位置误差使得总的位置误差彼此抵消：

其中p_i是辐射波长λ_i处的位置误差，i是整数，l是波长数。

应当注意，辐射通常具有不可忽略的光谱展宽。这意味着，尽管可以选择特定波长，但实际上它覆盖以选定波长为中心或参考波长的波长范围(通常为几纳米，例如最大半峰全宽为2到10纳米)。

图5描绘了红外光谱内的两个说明性摆动曲线201和202。应当注意的是，给出的光谱范围并不限制应用范围。也就是说，取决于材料堆叠的特性，技术人员可以选择应用较高能量(波长小于1.7微米)或较低能量(波长大于2.5微米)的辐射。另外，当材料堆叠足够透明时，其中在摆动曲线和波长选择中应用的光谱范围可以覆盖可见和/或UV光谱。

在图6中示出了位置传感器300的实施例。根据本发明的一个方面，波长选择系统301向辐射源303提供信号302，从而至少在第一波长范围内的第一辐射和在第二波长范围内的第二辐射被选择。辐射源303可以包括一个或多个光源，该光源被布置为生成至少选定波长范围的辐射，并且被配置为提供辐射束304。辐射束304可以通过第一光学元件305(例如，反射镜或分束器)引向聚焦元件306(例如，透镜组件或物镜)。辐射束304经由聚焦元件306被引向设置有目标308的衬底307。目标308可以是标记，例如用于对准和/或量测目的的周期性光栅结构，或者是用于获取该标记的图案化结构。在与衬底相互作用之后，辐射的至少一部分由聚焦元件306接收。这包括可能已经与标记308相互作用的辐射，例如，衍射辐射，和/或在衬底表面处衍射或散射的辐射。为了清楚起见，两者都称为衍射辐射。衍射辐射309经由第二光学元件310被引向一个或多个光学检测器311，例如光敏检测器，诸如光电二极管和/或CCD或CMOS图像传感器。携带标记308或通常说是目标的特性信息的输出信号312被提供给处理器313以进行进一步的处理和分析，以便得出至少一个位置敏感信号。位置敏感信号可以用于控制包括传感器300的装置，例如光刻系统或量测系统。

辐射源303包括一个或多个波长恒定的光源，或者包括一个或多个可变波长的光源，例如具有可调谐滤光器的超连续谱光源。此外，辐射源303可以包括至少一个双波段波长选择器，例如与可调谐带通滤波器级联的光谐振器，从而同时提供至少两个波长范围的辐射。

第二光学元件310可以包括透镜和/或反射镜的布置，以将衍射辐射309引向光学检测器311。

第二光学元件310可以包括一个或多个二向色镜，或者光解复用器可以被提供以区分不同的辐射波长。因此，衍射辐射309在被光学检测器311接收之前被滤波。

辐射源303可以提供一种或多种偏振的辐射。

第二光学元件310可以包括一个或多个偏振元件(例如，波片或延迟板)以改变衍射辐射309的偏振，或者包括一个或多个偏振分束器以区分不同的偏振。

此外，辐射源303可以包括一个或多个光源，其中每个光源可以以连续波模式或脉冲模式操作。每个脉冲光源可以被控制以使得每个脉冲光源与每个其他脉冲光源异相。以这种方式，辐射源303可以产生多个脉冲，其中脉冲在多个不同波长之间循环。换言之，至少第一和第二波长在时间上是分开的。代替直接控制光源，辐射源303可以包括控制器以在不同波长之间切换以获取相同的效果。

在特定实施例中，脉冲频率可以大于50kHz，并且更具体地在100kHz的范围内。

在时间上分离用于位置传感器的不同辐射波长有很多优点。该构思允许在一次测量中使用更多波长，因此增加了某些波长处于或充分接近摆动曲线的强度峰值的可能性。尽管在与摆动曲线201、202的峰或谷对应的波长处的位置误差可能相对较大，但是相对于摆动曲线过零时的位置误差的波长灵敏度，位置误差对材料堆叠变化和表面粗糙度变化不太敏感。通过计算在这些鲁棒的摆动曲线位置处使用辐射波长获取的位置的平均值或加权和，错误位置测量的机会可以被减少。

光学检测器311可以是与脉冲辐射源303同步以便在时域中区分多个波长的时间门控光学检测器。

在一个实施例中，位置传感器300包括第二光学元件310，第二光学元件310设置有至少一个干涉仪，例如，如US6961116中所述的自参考干涉仪。

在一个实施例中，位置传感器300可以是被布置为确定衬底307上一个或多个标记的位置的场图像传感器。

一个或多个位置传感器可以布置在对准系统内。

在一个实施例中，通过例如经由位置控制器控制衬底307相对于位置传感器300的位置来执行一个或多个目标308的位置相关测量(目标的扫描)。由光学检测器311接收的辐射309的性质取决于辐射304与目标308的局部相互作用。在一个实施例中，一个或多个目标(例如，对准或量测标记)的一维或更高维图像通过将由位置传感器300获取的由处理器313处理并且作为输出而发送的信息与一个或多个目标308的位置信息进行组合被生成。应当理解，对所获取的图像的进一步处理(通常涉及计算机组件)可以用于获取目标位置信息，以用于例如光刻设备LA内的对准目的，或者可以用于获取量测系统中的目标特性，以表征衬底或获取设置在衬底上的多个层之间的重叠数据。

包括至少一个根据本发明的位置传感器300的光刻设备LA可以用作对准传感器，以获取衬底上一个或多个掩埋对准标记的位置信息。光刻设备LA可以包括控制器，该控制器被配置为引起至少一个位置传感器300获取一个或多个标记的位置信息。例如，通过控制衬底支撑件相对于位置传感器300的位置，从而扫描衬底和标记。标记位置的信息可以用于在下一曝光步骤之前计算晶片网格图。在一个实施例中，至少一个位置传感器300例如被应用为场图像对准系统或包括自参考干涉仪的对准传感器。

包括至少一个根据本发明的位置传感器300的量测设备可以被应用以获取由对可见光谱内的辐射不透明的材料层掩埋的一个或多个量测标记的位置信息，以便获取层的覆盖信息。量测设备可以包括控制器，该控制器被配置为引起至少一个位置传感器300获取一个或多个标记的位置信息。例如，通过控制衬底支撑件相对于位置传感器300的位置，从而扫描衬底和标记。另外，标记位置信息可以用于生成晶片网格图。该晶片网格图可以在光刻设备LA中用于下一曝光步骤，作为前馈控制，无论是否与基于光刻设备中的对准序列的晶片网格图结合使用。

在一个实施例中，一种系统包括光刻设备LA和量测设备。该系统包括至少一个根据本发明的位置传感器。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被不透明材料层掩埋的一个或多个标记的位置信息。

在例如光刻设备LA和量测设备都包括至少一个根据本发明的位置传感器300作为组合系统或作为分离的设备的情况下，使用两种设备都可以获取相同标记或相同标记集的位置信息。此外，可以将由多个标记形成的标记集至少划分为第一标记集和第二标记集。形成第一标记集的标记的位置信息由量测设备的位置传感器获取，形成第二标记集的标记的位置信息由光刻设备LA获取。可以生成第一晶片网格图和第二晶片网格图，其分别包括第一标记集和第二标记集的位置信息。第一标记集和第二标记集可以包括一个或多个相同的标记。这些标记的位置信息可以用于使第一晶片网格图与第二晶片网格图相关或者用第二晶片网格图校准第一晶片网格图。

图7描绘了流程图，该流程图示出了用于基于一个或多个摆动曲线模型(例如，基于图5所示的位置误差摆动曲线201和202)来定义、选择和设置辐射光谱(或波长)范围的方法。如图6所示，具有选定光谱范围的辐射可以与位置传感器300一起使用。波长选择系统301可以访问一个或多个子系统。例如，第一子系统被配置为接收材料层堆叠的信息，如步骤401所示，并且被配置为计算包括一个或多个摆动曲线402的位置摆动曲线模型。本领域技术人员可以理解，也可以通过记录随测量波长而变化的测量位置来凭经验获取摆动曲线模型。第二子系统被配置为基于摆动曲线模型选择形成至少一个光谱对403的至少两个波长范围。作为标准，辐射波长可以通过根据

基于摆动曲线模型计算预期位置误差选择，其中p_i是辐射波长λ_i处的位置误差，i是整数，n是波长数。例如，光谱对可以由相差半个摆动曲线周期Ω/2的第一波长范围和第二波长范围形成。在宽波长范围的情况下，该范围内的中心波长用作参考波长。在步骤404，例如经由信号302将光谱选择的信息提供给辐射源，其中由辐射源303提供的辐射的波长根据至少一个光谱对被设置。

对于波长范围选择使用一个以上的位置误差摆动曲线可能有益于预期单个衬底102上或多个衬底之间的形貌和粗糙度变化。这表示，例如选择了两个以上的波长范围或多个光谱对。

本领域技术人员将认识到，第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围可以被选择为使得，三个波长范围中的每个彼此波长范围相差半个摆动曲线。这三个波长范围可以用于形成两个光谱对：由第一波长范围和第二波长范围形成的第一光谱对和由第二波长范围和第三波长范围形成的第二光谱对。可以使用这种设置来降低对衬底表面和堆叠变化的敏感性，以及减少对个体波长范围的依赖性。

根据本发明，可以使用包括至少第一测量和第二测量的测量系列来使用位置传感器300来确定目标(例如，设置在衬底上标记)的位置，其中第一测量和第二测量不是在同一时刻(在时间上分离)执行的。第一测量通过提供具有至少第一光谱辐射集(例如，第一光谱对)的测量辐射来执行，由此提供目标的第一位置。第二测量通过提供具有至少第二光谱辐射集(例如，第二光谱对)的测量辐射来执行，由此提供目标的第二位置。第一光谱辐射集和第二光谱辐射集可以分别基于第一摆动曲线和第二摆动曲线。目标的加权位置通过具有第一权重的第一位置和具有第二权重的第二位置的加权求和来确定。第一配重和第二配重可以具有相反的符号。也就是说，第一权重和第二权重可以是相反的权重。

第一摆动曲线和第二摆动曲线可以不同或可以相同。

第一辐射集和第二辐射集均可以分别包括两个或更多个波长。

在与目标(例如，标记)相互作用之后的测量辐射可以由至少一个光学检测器检测。用一个光学检测器执行测量可能是有利的。因此，多种颜色(即，具有不同波长的测量辐射)可以在一个检测器处被平衡。也就是说，从使用具有第一波长的第一辐射的第一测量中得出的第一位置可能导致第一位置误差，并且从使用具有第二波长的第二辐射的第二测量中得出的第二位置可能导致第二位置误差，第二位置误差的符号可以与第一位置误差的符号相反。在一个检测器(在同一检测器)处并且在同一时刻检测第一辐射和第二辐射可以平衡或抵消第一位置误差和第二位置误差。

多个位置传感器300可以具有公共辐射源。例如，单个辐射源303可以被配置为向多个位置传感器300提供测量辐射304。在材料堆叠在整个晶片上是均匀的情况下，向不同位置传感器300提供包括一个光谱对的测量辐射可能是有益的。在材料堆叠不均匀的情况下，技术人员可以选择使用分布在多个位置传感器300之上的多个光谱对。在这种情况下，两个或更多个(例如，五个)位置传感器300可以向衬底307提供不同的辐射光谱。

尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC的制造中的使用，但是应当理解，本文所述的光刻设备可以具有其他应用。其他可能的应用包括集成光学系统的制造、磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的图案的引导和检测。

尽管在本文中可以在光刻设备的上下文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、或者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)等对象的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这样的光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管以上可能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，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以在例如压印光刻等其他应用中使用。

在上下文允许的情况下，本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁存储介质；光学存储介质；闪存设备；电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应当意识到，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程、指令等导致的，并且这样做可能导致致动器或其他设备与现实世界互动。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员很清楚的是，在不脱离下面阐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。本发明的其他方面如以下编号的条款所述：

1.一种位置传感器，包括：

光学系统，被配置为向衬底提供测量辐射并且在所述测量辐射已经与设置在所述衬底上的标记相互作用之后接收衍射辐射的至少部分，其中所述测量辐射包括至少两个选定辐射波长，

至少一个光学检测器，被配置为检测所述衍射辐射的所述至少部分并且被布置为将检测到的所述衍射辐射的所述至少部分转换为电子信号，

处理器，被配置为从所述电子信号得出至少一个位置敏感信号，以及

辐射波长选择系统，能够访问第一子系统和第二子系统中的至少一者；

所述第一子系统配置为接收材料堆叠信息并且计算位置误差摆动曲线模型，

所述第二子系统被配置为基于所述位置误差摆动曲线模型选择所述至少两个选定辐射波长。

2.根据条款1所述的位置传感器，其中所述至少两个选定辐射波长具有极性相反的位置误差。

3.根据条款1所述的位置传感器，其中所述至少两个选定波长相差(2m+1)Ω/2，其中m是等于或大于0的整数并且Ω是摆动曲线周期。

4.根据条款1所述的位置传感器，其中所述测量辐射包括n个波长并且所述n个辐射波长相差Ω/n，其中n是大于1的奇数整数并且Ω是摆动曲线周期。

5.根据条款1至4中任一项所述的位置传感器，其中所述光学系统包括具有取决于所述摆动曲线模型的包络的抑制光谱的光学透射滤光器。

6.根据条款1至5中任一项所述的位置传感器，其中所述测量辐射由包括一个或多个光源的辐射源提供，所述一个或多个光源被布置为生成所述至少两个选定辐射波长的辐射。

7.根据条款1至5中任一项所述的位置传感器，其中所述测量辐射由包括至少一个双波段波长选择器的辐射源提供。

8.根据条款6或7所述的位置传感器，其中所述辐射源被配置为以脉冲模式操作，从而生成具有时间上分离的至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射。

9.根据条款8所述的位置传感器，包括与所述辐射源同步的时间门控光学检测器。

10.根据条款1至9中任一项所述的位置传感器，其中所述光学系统包括至少一个干涉仪。

11.一种光刻设备，被布置为向衬底施加图案，所述光刻设备包括：

至少一个根据条款1至10中任一项所述的位置传感器；以及

控制器，被配置用于引起所述至少一个位置传感器使用具有至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射获取一个或多个标记的所述位置信息，并且被配置用于使用所述标记的测量的位置控制所述衬底的定位。

12.一种量测设备，包括：

至少一个根据条款1至10中任一项所述的位置传感器；以及

控制器，被配置用于引起所述至少一个位置传感器使用具有至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射获取一个或多个标记的所述位置信息。

13.根据条款12所述的量测设备，被布置为向光刻设备提供晶片网格图，其中所提供的晶片网格图取决于所获取的一个或多个标记的位置信息。

14.一种系统，包括量测设备和根据条款11所述的光刻设备。

15.一种系统，包括光刻设备和根据条款12或条款13所述的量测设备。

16.一种系统，包括根据条款11所述的光刻设备和根据条款12或13所述的量测设备。

17.一种用于获取设置在物体上的标记的位置信息的方法，所述方法包括以下步骤：

-选择至少第一辐射波长和第二辐射波长，

-用所述至少第一辐射波长和所述第二辐射波长的测量辐射照射所述物体，

-接收从所述物体衍射和/或散射的所述辐射的至少部分，

-根据检测器输出信号生成位置测量信号，

-从所述位置测量信号得出所述标记的特性，

其中所述至少第一辐射波长和所述第二辐射波长的所述选择基于位置误差摆动曲线模型。

Claims

1.一种位置传感器，包括：

2.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述至少两个选定辐射波长具有极性相反的位置误差。

3.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述至少两个选定波长相差(2m+1)Ω/2，其中m是等于或大于0的整数，并且Ω是摆动曲线周期。

4.根据权利要求1所述的位置传感器，其中所述测量辐射包括n个波长并且所述n个辐射波长相差Ω/n，其中n是大于1的奇数整数并且Ω是摆动曲线周期。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的位置传感器，其中所述光学系统包括具有取决于所述摆动曲线模型的包络的抑制光谱的光学透射滤光器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的位置传感器，其中所述测量辐射由包括一个或多个光源的辐射源提供，所述一个或多个光源被布置为生成所述至少两个选定辐射波长的辐射。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的位置传感器，其中所述测量辐射由包括至少一个双波段波长选择器的辐射源提供。

8.根据权利要求6或7所述的位置传感器，其中所述辐射源被配置为以脉冲模式操作，从而生成具有时间上分离的至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射。

9.根据权利要求8所述的位置传感器，包括与所述辐射源同步的时间门控光学检测器。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的位置传感器，其中所述光学系统包括至少一个干涉仪。

至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的位置传感器；以及

控制器，被配置用于引起所述至少一个位置传感器使用具有至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射获取一个或多个标记的位置信息，并且被配置用于使用所述标记的测量的位置控制所述衬底的定位。

12.一种量测设备，包括：

控制器，被配置用于引起所述至少一个位置传感器使用具有至少第一辐射波长和第二辐射波长的所述测量辐射获取一个或多个标记的位置信息。

13.根据权利要求12所述的量测设备，被布置为向光刻设备提供晶片网格图，其中所提供的晶片网格图取决于所获取的一个或多个标记的位置信息。

14.一种系统，包括量测设备和根据权利要求11所述的光刻设备。

15.一种系统，包括光刻设备和根据权利要求12或权利要求13所述的量测设备。

16.一种系统，包括根据权利要求11所述的光刻设备和根据权利要求12或13所述的量测设备。

-选择至少第一辐射波长和第二辐射波长，

-用至少所述第一辐射波长和所述第二辐射波长的测量辐射照射所述物体，

-接收从所述物体衍射和/或散射的所述辐射的至少部分，

-根据检测器输出信号生成位置测量信号，

-从所述位置测量信号得出所述标记的特性，

其中至少所述第一辐射波长和所述第二辐射波长的所述选择基于位置误差摆动曲线模型。