CN112424697A - 用于光刻测量的传感器装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定衬底(W)的目标(330)的位置的传感器装置(300)包括：被配置为将辐射束(310)投影到衬底上的投影光学元件(315；321)；被配置为收集从目标散射的测量辐射(325)的收集光学元件(321)；被配置为确定测量辐射的至少一部分(355)的光瞳函数变化，并且输出指示其的信号(340)的波前感测系统(335)；以及被配置为接收信号，并且至少部分根据所收集的测量辐射和测量辐射的至少一部分的所确定的光瞳函数变化，确定目标的位置的测量系统(350)。

Description

用于光刻测量的传感器装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月4日提交的欧洲专利申请18181584.6的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种用于确定衬底的目标的位置的传感器装置和方法。传感器装置可以形成光刻设备的部分。传感器装置可以形成

量测工具的部分。传感器装置可以是独立设备。

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”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。

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，这种增长遵循通常被称为“摩尔定律”的趋势。为了与摩尔定律保持一致，半导体行业正在寻求能够创建越来越小特征的技术。为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长至少部分决定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。

为了控制光刻工艺以将器件特征准确地定位在衬底上，通常在衬底上设置对准标记，并且光刻设备包括一个或多个对准测量系统，通过该对准测量系统可以准确测量衬底上的对准标记的位置。这些对准测量系统实际上是有效的位置测量装置。对准标记有助于相对于先前形成的处理层准确地定位形成在衬底上的处理层。通常，每次在形成每个处理层之前，将衬底装载到光刻设备中时，在光刻设备中进行对准测量。本发明的目的是提供一种确定目标在衬底上的位置的传感器装置和方法，该传感器装置和方法至少部分解决了现有技术中的一个或多个问题(无论是在本文中还是在其他地方确定的)。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定衬底的目标的位置的传感器装置，该传感器装置包括被配置为将辐射束投影到衬底上的投影光学元件、被配置为收集从目标散射的测量辐射的收集光学元件、被配置为确定测量辐射的至少第一部分的光瞳函数变化并且输出指示光瞳函数变化的信号的波前感测系统、以及被配置为确定测量辐射的至少第一部分的光瞳函数变化并且输出指示光瞳函数变化的信号的波前感测系统、以及被配置为接收信号并且至少部分根据测量辐射的至少第二部分和所接收的信号确定目标的位置的测量系统。

光瞳函数变化可以包括传感器装置的光瞳平面中测量辐射的第一部分的相位(例如，相对相位)和/或测量辐射的第一部分的强度(例如，相对强度)。根据本发明的第一方面的传感器装置是有利的，因为目标的位置至少部分根据测量辐射的至少第一部分的所确定的光瞳函数变化来确定。

有利地，这提供了一种布置，通过该布置，测量辐射的光瞳函数变化(例如，传感器装置的光瞳平面中的相位和/或强度)可以用于在潜在误差的范围内至少部分校正所确定的位置。例如，测量辐射的光瞳函数变化可以用于至少部分校正以下中的一项或多项的任何组合：目标的变形(例如，不对称)、与衬底的结构相关联的误差(例如，内部反射、明显的表面凹陷等)、聚焦误差(例如，远心度和/或倾斜度)、光学像差(诸如像散)(例如，由于传感器装置的光学组件(诸如投影光学元件和/或收集光学元件)的不完善)、和/或传感器装置中存在意外的不对称性。

另外，根据本发明的第一方面的传感器装置使得能够监测光瞳函数变化信息，从而监测上述误差中的任何一个如何随时间变化(例如，光学像差的变化)，从而实现其连续或定期校正和/或标识导致一个或多个误差的光学组件。

目标可以是例如被配置用于重叠测量的对准标记或量测标记。

波前感测系统可以包括任何形式的波前传感器，例如，Shack-Hartmann传感器、金字塔传感器、干涉式传感器(诸如横向剪切干涉仪)等。波前感测系统可以包括一个或多个波前传感器。

测量系统可以例如使用测量辐射的第一部分的所确定的光瞳函数变化以至少部分校正测量辐射的所收集的至少第二部分的衍射级之间的所确定的相位偏移。然后，至少部分校正的相位偏移可以用来确定衬底的目标的位置。

波前感测系统可以包括：被配置为将测量辐射的第一部分分离为多个子束的分离光学元件；被配置为检测每个子束的强度并且输出指示强度的测量信号的检测器系统；以及被配置为接收测量信号并且据此确定测量辐射的第一部分的光瞳函数变化的处理器。

分离光学元件可以包括至少一个棱镜。棱镜可以是金字塔形状。金字塔棱镜可以被配置为将测量辐射的部分分离为四个子束。

检测器系统可以包括多个检测器，每个检测器可以包括多个感测元件，例如，一个或多个CCD或CMOS检测器。感测元件可以布置成阵列。

处理器可以包括彼此通信和/或与共享设备通信的多个处理器。

波前感测系统还可以包括：被配置为分离测量辐射的不同波长的色散光学元件、至少一个其他分离光学元件、以及被配置为将测量辐射的分离波长的不同部分聚焦到每个分离光学元件上的聚焦元件，其中分离光学元件被配置为将聚焦在其上的测量辐射的被分离波长的部分分离为多个色散子束。

该实施例可以有利地允许检测包括多个波长(例如，多个离散波长和/或连续波长)的测量辐射的光瞳函数变化。

色散光学元件可以包括光栅。色散光学元件可以包括棱镜。色散光学元件可以位于传感器装置的光瞳平面附近。

每个分离光学元件可以接收不同的辐射带宽。

聚焦元件可以包括透镜阵列，该阵列中的每个透镜被配置为将测量辐射的分离波长的不同部分聚焦到分离光学元件之一上。例如，透镜阵列可以包括一维透镜阵列，该透镜阵列布置在与色散光学元件的色散方向对应的方向上。当测量辐射包括连续波长时，这可以允许使用传感器，透镜阵列用于将测量辐射的光谱(已经使用色散光学元件被分离)分离成多个离散部分。

波前感测系统可以包括：多个采样光学元件，其中每个采样光学元件被配置为对测量辐射的部分的波前的不同部分进行采样以形成多个样本束；被配置为检测每个样本束并且输出指示样本束的至少一个特性的测量信号的检测器系统；以及被配置为接收测量信号并且使用测量信号确定测量辐射的部分的光瞳函数变化的处理器。

样本束的至少一个特性可以包括与样本束的空间强度分布有关的信息。例如，样本束的至少一个特性可以包括例如在通常垂直于系统的光轴的平面中样本束的位置(例如，样本束的中心的位置)。样本束的这种位置可以取决于形成其的测量辐射的部分的相位。

附加地或替代地，样本束的至少一个特性可以包括与样本束的总强度有关的信息。样本束的这种总强度可以取决于形成其的测量辐射的部分的幅度(在传感器装置的光瞳平面中)。

采样光学元件可以是微透镜。采样元件可以布置成阵列，例如网格图案。采样光学元件可以位于传感器装置的光瞳平面附近。

检测器系统可以包括多个检测器，每个检测器可以包括多个感测元件，例如，一个或多个CCD或CMOS检测器。感测元件可以布置成阵列。应当理解，每个样本束通常可以由多个不同的感测元件接收。

处理器可以包括彼此通信和/或与共享设备通信的多个处理器。

传感器装置还可以包括重新成像光学元件，被配置为将测量辐射的部分重新成像到采样元件上。

波前感测系统还可以包括：被配置为分离样本束的不同波长的第一色散光学元件、以及被配置为将样本束的分离波长聚焦为色散样本束的第一聚焦元件。

有利地，该布置可以允许同时确定测量辐射的至少第一部分的多个不同光谱分量的光瞳函数变化信息。例如，通过使用这样的第一色散光学元件，在与第一色散光学元件的色散方向对应的方向上样本束的空间强度分布与测量射线的光谱有关。另外，如上所述，样本束的空间强度分布取决于形成其的测量辐射的部分的相位。应当理解，因此测量辐射的光谱和像差是纠缠的，因此可以使用离散波长的知识来解开像差信息。

当测量辐射包括多个已知波长的离散集合或波长的连续体时，可以使用该布置。

传感器装置还可以包括被配置为将样本束聚焦到第一色散光学元件上的聚焦元件。

波前感测系统还可以包括被配置为将样本束的第一部分引导到第一光学分支并且将样本束的第二部分引导到第二光学分支的束分离器。第一光学分支可以包括：被配置为在第一方向上分离样本束的第一部分的不同波长的第一色散光学元件、以及被配置为将样本束的被分离波长的第一部分聚焦为第一色散样本束的第一聚焦元件。第二光学分支可以包括：被配置为在不同方向上分离样本束的第二部分的不同波长的第二色散光学元件、以及被配置为将样本束的不同波长的第二部分聚焦为第二色散样本束的第二聚焦元件。

将会意识到，束分离器被配置为使得第一部分和第二部分中的每个具有基本相同的空间强度分布。例如，束分离器可以是分束器。

第一色散光学元件和第二色散光学元件绕传感器装置的光轴相对于彼此具有不同的旋转位置。有利地，这允许将像差信息与光谱信息解开，而无需关于测量辐射的光谱的任何知识。

根据本发明的第二方面，提供了一种光刻设备，该光刻设备被布置为将图案从图案形成装置投影到衬底上，该光刻设备包括根据本发明的第一方面的传感器装置。

根据本发明的第三方面，提供了一种量测装置，该量测装置包括根据本发明的第一方面的传感器装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种确定衬底的目标的位置的方法，该方法包括：将辐射束投影到衬底上，收集从目标散射的测量辐射，确定测量辐射的至少部分的光瞳函数变化，以及至少部分根据所收集的测量辐射和所确定的光瞳函数变化确定目标的位置。

该方法可以使用本发明的第一方面的传感器装置来执行。

测量辐射可以包括不同波长的辐射。

该方法还可以包括：对测量辐射的部分的波前的不同部分进行采样以形成多个样本束，将样本束分为样本束的第一部分和样本束的第二部分，在第一色散方向上分离样本束的不同波长的第一部分以形成第一色散样本束，在不同色散方向上分离样本束的不同波长的第二部分以形成第二色散样本束，比较第一色散样本束和第二色散样本束在第一色散方向上的位移和/或变形，比较第一色散样本束和第二色散样本束在不同色散方向上的位移和/或变形，以及使用比较在第一色散方向和不同色散方向上解开光谱信息和光瞳函数变化信息。

根据本发明的第五方面，提供了一种包括计算机可读指令的计算机程序，该计算机可读指令被配置为引起计算机执行根据本发明的第四方面的方法。

根据本发明的第六方面，提供了一种携带根据本发明的第五方面的计算机程序的计算机可读介质。

根据本发明的第七方面，提供了一种用于确定辐射束的波前的计算机装置，该计算机装置包括：存储有处理器可读指令的存储器；以及被布置为读取并且执行存储在上述存储器中的指令的处理器，其中上述处理器可读指令包括被布置为控制计算机执行根据本发明的第四方面的方法的指令。

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描绘了包括根据本发明的实施例的传感器装置的光刻设备的示意性概述；

-图2示意性地示出了已知传感器装置的部分；

-图3示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统的传感器装置；

-图4示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统的传感器装置，该波前感测系统具有色散光学元件和多个分离光学元件；

-图5示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统的传感器装置，该波前感测系统具有包括透镜阵列的聚焦元件；

-图6示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统的传感器装置，该波前感测系统具有多个采样光学元件和第一色散光学元件；以及

-图7示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统的传感器装置，该波前感测系统具有两个光学分支。

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辐射(极紫外辐射，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示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括传感器装置100的光刻设备LA。光刻装置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某些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某些参数来准确地定位衬底支撑件WT的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，其被配置为将通过图案形成装置MA而赋予辐射束B的图案投影到衬底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“投影系统”PS应当广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、折射反射式、变形式、磁性式、电磁式和/或静电式光学系统、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“投影透镜”的任何使用可以被认为与更广义的术语“投影系统”PS同义。

光刻设备LA可以是如下类型：其中衬底W的至少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PS与衬底W之间的空间。液体的使用可以被称为浸没式光刻。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(也称为“双台”或“多台”)的类型。在这样的“多台”机器中，衬底支撑件WT可以并行使用。另外地或替代地，准备衬底W的后续曝光所涉及的步骤可以在位于衬底支撑件WT之一上的衬底W上执行，而其他衬底支撑件WT上的另一衬底W用于另一衬底W上的图案的曝光。例如，准备衬底W的后续曝光所涉及的一个或多个步骤可以包括使用传感器装置100确定衬底支撑件WT之一上的衬底W的目标的位置，同时其他支撑件上的另一衬底的曝光发生。

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影系统PS的性质和/或辐射束B的性质。测量台可以保持多个传感器。测量台可以例如保持传感器装置100。清洁装置可以被布置为清洁光刻设备LA的部分，例如投影系统PS的部分或提供浸没液体的系统的部分。当衬底支撑件WT不在投影系统PS下方时，测量台可以在投影系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射在图案化装置上，例如被保持在掩模支撑件MT上的掩模MA上，并且由图案化装置MA上的图案(即，设计布局)图案化。在与掩模MA交互之后，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将辐射束B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/或衬底W可以使用诸如掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。尽管在图1的示例中示出的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分C，但是衬底对准标记P1、P2可以位于目标部分C之间的空间中。衬底对准标记P1、P2在位于目标部分C之间时被称为划线对齐标记。

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。围绕x轴的旋转可以被称为Rx旋转。围绕y轴的旋转可以被称为Ry旋转。围绕z轴的旋转可以被称为Rz旋转。x轴和y轴可以被描述为限定水平面，而z轴可以被描述为相对于水平面在垂直方向上。笛卡尔坐标系不限制本发明，仅用于澄清。替代地，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变化，使得例如z轴具有沿着水平面的分量。

图2示意性地描绘了用于确定衬底W的目标205的位置的已知传感器装置200的部分。目标205可以是例如衬底对准标记(例如，图1所示的衬底对准标记Pl、P2)。在图2的示例中，目标205包括位于衬底W的最上表面上的光栅。目标205可以位于衬底W上的其他地方，例如，埋在衬底W的一层或多层之下。已知的传感器装置200包括被配置为将辐射束215投影到衬底W上的投影光学元件。在图2的示例中，投影光学元件包括将辐射束215朝着透镜213反射的反射元件214，然后透镜213将辐射束215聚焦到衬底W上。投影光学元件可以包括其他光学元件。辐射束215从目标205散射，以形成测量辐射225。在图2的示例中，辐射束215从目标205衍射以形成包括多个衍射级226-228的测量辐射225。为了清楚地理解，图2中仅示出了零级衍射级226、正一级衍射级227和负一级衍射228。但是，应当理解，测量辐射225可以包括更多数量的衍射级226-228。零级衍射级226返回到投影光学元件，并且被引导远离传感器装置200。正负一级衍射227、228以对应衍射角θ从目标205散射。衍射角θ可以彼此不同。传感器装置200还包括被配置为收集从目标205散射的测量辐射225的收集光学元件。在图2的示例中，收集光学元件包括透镜213(其也形成投影光学元件的部分)和一对反射元件220。正负一级衍射227、228被透镜213准直，并且被收集光学元件的反射元件220朝向彼此反射。

传感器装置200还包括被配置为至少部分根据所收集的测量辐射225确定目标205的位置的测量系统230。在图2的示例中，测量系统230包括分束器231、一对聚焦元件236、237和一对光电探测器232、234。该对光电探测器232、234与处理器235通信。分束器231将正一级衍射227分开，使得至少一些正一级衍射227入射在第一聚焦元件236和第一光电探测器232上，并且至少一些正一级衍射227入射在第二聚焦元件237和第二光电探测器234上。分束器231也将负一级衍射228分开，使得至少一些负一级衍射228入射在第一光电探测器232上，并且至少一些负一级衍射228入射在第二光电探测器234上。分束器231因此将正一级衍射227和负一级衍射228中的每个的部分引导到第一光电探测器232和第二光电探测器234中的每个。具体地，分束器231将正一级衍射227和负一级衍射228中的每个的部分引导到第一光电探测器232，其中它们之间具有第一相对相位，并且将正一级衍射227和负一级衍射228中的每个的部分引导到第二光电探测器234，其中它们之间具有第二相对相位。以这种方式，测量系统230的行为类似于马赫曾德尔干涉仪。光电探测器232、234被配置为测量正一级衍射227与负一级衍射228之间的所得到的干涉的强度，并且生成对应测量信号。

通常，由来自衍射光栅的散射产生的每个个体衍射束的相位取决于入射辐射束相对于衍射光栅的位置。如果在衍射光栅上扫描入射辐射束的束斑，则所形成的衍射束的相位将变化。

致动系统(未示出)被配置为在辐射束215入射在目标205上的同时，在衬底W与传感器装置200之间生成相对运动。结果，生成干涉图案240，该干涉图案240随着衬底W与传感器装置200之间的相对运动而振荡。处理器235被配置为接收指示干涉图案240的测量信号，并且根据测量信号确定目标205的位置。处理器235可以例如被配置为确定干涉图案240的相位偏移，并且由此确定目标205与传感器装置200之间的位置偏移。确定干涉图案240的相位偏移可以包括对干涉图案240执行相位拟合。例如，可以通过以下方式分解干涉图案：

c sin(x+σ)＝a sin x+b cos x

其中x是位置变量(其可以表征衬底W与传感器装置200的相对位置)，σ是干涉图案的相位偏移，而a和b是系数。然后，可以对干涉图案执行相位拟合以找到系数a和b的值，并且可以从所确定的系数的值中计算出相位偏移σ。相位拟合可以包括执行任何合适的拟合方法，例如最小二乘拟合或傅立叶分解。可以通过以下等式确定相位偏移：

相位偏移用于确定目标205的位置。确定的衬底W的目标205的位置取决于测量的衍射级227、228的相位和强度分布。衍射级227、228的相位和强度分布可能受到多个误差源的影响。误差源可以例如包括目标205的变形和/或不对称、衬底W的厚度和/或材料层的变化、聚焦误差(例如，衬底W的不想要的倾斜和/或光学系统的远心度)、和/或传感器装置200的光学元件212、220的光学像差。至少一些误差源可能随时间而变化。误差源可能引起所得到的干涉图案240的漂移。进而，这种漂移被处理器235解释为目标205的位置的漂移。因此，由误差源引起的干涉图案240的漂移对使用已知传感器装置200执行的测量的精度具有负面影响。例如，由误差源引起的干涉图案240的漂移可能导致约1nm至约15nm之间的目标位置测量误差。目标位置测量误差可能会对随后在衬底W上执行的光刻工艺产生负面影响。例如，衬底W可能在后续光刻曝光过程中与光刻设备的曝光辐射未对准，从而导致通过光刻设备制造出有缺陷的器件。

图3示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括波前感测系统335的传感器装置300。传感器装置300包括被配置为将辐射束310投影到衬底W上的投影光学元件。投影光学元件可以包括一个或多个光学元件，例如反射光学元件、透射光学元件(诸如一个或多个透镜)等。在图3的示例中，投影光学元件包括反射元件315，该反射元件315将辐射束朝着透镜321反射，透镜321将辐射束聚焦到衬底W上。

传感器装置300还包括收集光学元件，该收集光学元件被配置为收集从衬底W的目标330散射的测量辐射325。在图3的示例中，收集光学元件包括被配置为准直测量辐射325的透镜321(其也形成投影光学元件的部分)。在被收集光学元件收集之后，测量辐射325入射在分束器345上。分束器345被配置为分离测量辐射325，使得测量辐射355的至少第一部分入射在波前传感器335上，并且测量辐射360的至少一些第二部分入射在测量系统350上。

波前感测系统335被配置为确定测量辐射355的至少第一部分的光瞳函数变化并且输出指示其的信号340。波前感测系统335可以包括任何形式的波前传感器，例如，Shack-Hartmann传感器、金字塔传感器、干涉式传感器(诸如横向剪切干涉仪、Sagnac干涉仪或公共路径干涉仪)等。替代地或另外地，波前感测系统335可以包括相位获取波前传感器。

波前感测系统可以包括一个或多个波前传感器。

测量系统350被配置为接收信号340并且至少部分根据所收集的测量辐射325和测量辐射355的第一部分的所确定的光瞳函数变化确定衬底W的目标330的位置。测量系统350可以例如使用测量辐射355的部分的所确定的光瞳函数变化至少部分校正所确定的相位偏移。然后可以使用至少部分校正的相位偏移确定衬底W的目标330的位置。

波前感测系统335可以被配置为确定传感器装置300的光瞳平面中的信息(例如，测量辐射355的第一部分的复杂光瞳函数变化)。本领域技术人员将理解，在这种情况下，传感器装置的光瞳平面通常是指收集光学元件的出射光瞳。这是在收集光学元件的像侧(即，检测器侧)的物理光阑或孔径的像。在实际应用中，光瞳平面可以由透镜的数值孔径定义。该光瞳平面可以被定义为设置衬底的平面(其可以被称为物平面)的傅立叶变换平面。因此，光瞳平面中的辐射的电场强度的分布与设置在该物平面中的物体(例如，目标)的傅立叶变换有关。具体地，辐射的电场强度在光瞳平面中的分布(即，被目标散射的辐射的角分布)由以下各项的卷积给出：(a)辐射的电场强度在照射光瞳平面中的分布(即，照射目标的辐射的角分布)，以及(b)目标的傅立叶变换。传感器装置内与光瞳平面共轭的任何平面也可以称为光瞳平面。物平面(即，设置有衬底和目标的平面)以及传感器装置内与其共轭的任何平面都可以称为场平面。应当理解，如果将第一平面内的每个点成像到第二平面内的点上，则在光学系统(例如，传感器装置)内，两个平面是共轭的。波前感测系统335可以被配置为确定随传感器装置300的数值孔径的坐标而变化的测量辐射355的部分的强度分布。波前感测系统335可以被配置为确定随传感器装置300的数值孔径的坐标而变化的测量辐射355的部分的波前(即，电磁场的相对相位)。另外地或替代地，波前感测系统335可以被配置为确定随传感器装置300的数值孔径的坐标而变化的测量辐射355的部分在传感器装置的光瞳平面中的相对强度。

测量辐射325可以包括单个光谱分量。也就是说，测量辐射325可以由单个波长的辐射或小带宽辐射(其可以被称为单色辐射)组成。替代地，测量辐射325可以包括多个不同波长的辐射。也就是说，测量辐射325可以包括多个光谱分量。光谱分量可以是辐射的离散带宽。替代地，光谱分量可以形成辐射波长的连续体(continuum)。波前感测系统335可以包括使得该波前感测系统能够同时测量测量辐射325的不同光谱分量的光瞳函数变化的色散光学元件(未示出)。

图4示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括波前感测系统400的传感器装置401，该波前感测系统400具有色散光学元件405和多个分离光学元件411-414。图4的传感器装置401与图3的传感器装置300共用很多共同的组件，并且相似的部件被赋予相似的附图标记。图4的波前感测系统400可以是图3所示的波前感测系统335的实施例。下面将讨论图3与图4之间的差异。

色散光学元件405被配置为分离测量辐射355的第一部分的不同波长。也就是说，色散光学元件405在光瞳平面中产生测量辐射355的部分的多个波长分量副本。在图4的示例中，色散光学元件405包括光栅。替代地，色散光学元件405可以包括色散棱镜。色散光学元件405位于传感器装置的光瞳平面附近，并且根据测量辐射325的组成波长来对测量辐射355的第一部分色散。在图4的示例中，测量辐射325包括四个离散光谱分量421-424。四个离散光谱分量421-424可以例如包括约500nm至约900nm之间的辐射带宽。例如，第一离散光谱分量421可以具有约500nm(例如，532nm)的中心波长。第二离散光谱分量422可以具有约600nm(例如，635nm)的中心波长。第三离散光谱分量423可以具有约800nm(例如，780nm)的中心波长。第四离散光谱分量424可以具有约900nm(例如，850nm)的中心波长。每个离散光谱分量可以具有在约1nm至约20nm之间的波长的带宽。

测量辐射355的部分的分离的离散光谱分量421-424入射在聚焦元件420上。聚焦元件420被配置为将光谱分量421-424中的不同光谱分量聚焦到每个分离光学元件411-414上。也就是说，测量辐射355在光瞳平面中的部分的每个波长分量副本被成像到分离光学元件411-414中的不同的一个上。分离光学元件411-414位于传感器装置401的场平面附近。分离光学元件411-414可以布置成阵列。每个分离光学元件411-414可以接收测量辐射355的部分的不同光谱分量。分离光学元件411-414可以被配置为将聚焦在其上的测量辐射的分离波长421-424的部分分离为多个色散子束431-446。也就是说，每个分离光学元件411-414产生多个子束431-446(例如，分离光学元件411产生子束431-434，分离光学元件412产生子束435-438，分离光学元件413产生子束439-442，分离光学元件414产生子束443-446)。图4还示出了检测器视图475(其在垂直于检测器系统470的光轴的平面中)。检测器视图475示出了由检测器系统470检测到的色散子束431-446。由此，分离光学元件411-414在检测器系统470处形成传感器装置的光瞳场的多个波长相关图像。多个色散子束431-446在入射在检测器系统470上之前穿过准直光学元件460。准直光学元件460对光瞳场成像，使得在检测器系统470处形成每个离散光谱分量421-424的多个位移图像。

检测器系统470被配置为检测每个子束431-446的强度并且输出指示其的测量信号341。检测器系统470可以包括多个感测元件(未示出)。感测元件可以例如是CCD检测器或CMOS检测器的像素。波前感测系统335还包括处理器450，该处理器450被配置为接收测量信号341并且据此确定测量辐射325的部分355的光瞳函数变化。测量系统350接收由处理器450输出的信号340，并且使用信号340至少部分根据所收集的测量辐射和测量辐射的至少部分的所确定的光瞳函数变化来确定目标的位置。

测量辐射325在传感器装置的光瞳平面处的相位(即，波前)至少部分确定每组子束431-434、435-438、439-442、443-446的相对强度。检测器系统470被配置为测量色散子束431-446的强度，并且输出指示其的测量信号341。处理器450被配置为接收测量信号341，并且使用测量信号341针对其光谱分量421-424中的每个确定测量辐射325的光瞳函数变化。例如，可以使用以下等式确定测量辐射355的部分在X和Y方向上的光谱分量421-424之一的波前：

等式1：

等式2：

其中

是X方向上波前的梯度，

是Y方向上波前的梯度，I₁、I₂、I₃和I₄是测量辐射355的第一部分的光谱分量之一的左上、右上、左下和右下子束在XY平面中的强度分布。例如，在光谱分量421的情形中，I₁可以是子束431的强度分布，I₂可以是子束432的强度分布，I₃可以是子束433的强度，I₄可以是子束434的强度。可以对与测量辐射355的部分的其他光谱分量422-424相关联的子束435-446执行对应等式，以便为测量辐射的每个光谱分量确定测量辐射的光瞳函数变化。测量辐射355的部分的幅度可以通过计算子束431-446的强度分布的总和来确定。图4所示的本发明的实施例可以有利地允许检测包括多个离散光谱分量421-424(即，辐射波长的多个离散带宽)的测量辐射355的部分的光瞳函数变化。离散光谱分量421-424可以是已知的。例如，四个离散光谱分量421-424可以包括约500nm至约900nm之间的辐射带宽。例如，第一离散光谱分量421可以具有约500nm(例如，532nm)的中心波长。第二离散光谱分量422可以具有约600nm(例如，635nm)的中心波长。第三离散光谱分量423可以具有约800nm(例如，780nm)的中心波长。第四离散光谱分量424可以具有约900nm(例如，950nm)的中心波长。每个离散光谱分量可以具有在约10nm至约20nm之间的波长的带宽。

图5示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统500的传感器装置501，该波前感测系统500具有包括透镜阵列520a-520f的聚焦元件。图5的传感器装置501与图3的传感器装置300共用很多共同的组件，并且相似的部件被赋予相似的附图标记。图5的波前感测系统500可以是图3所示的波前传感器335的实施例。下面讨论图3与图5之间的差异。

图5所示的波前感测系统500与图4的波前感测系统相同，不同之处在于，测量辐射325包括辐射波长的连续体520，并且单个聚焦元件420替换为透镜阵列520a-520f。色散光学元件405位于传感器装置的光瞳平面附近，并且根据测量辐射325的波长对测量辐射355的部分进行色散。在图5的示例中，测量辐射325包括辐射波长的连续体。色散光学元件405对辐射波长的连续体进行色散。

来自测量辐射355的部分的辐射连续体入射在透镜阵列520a-520f上。透镜阵列520a-520f用于将辐射波长的连续体分离为离散光谱分量521-526。每个光谱分量521-526包括辐射波长的连续体520的子带宽。透镜阵列520a-520f被布置为将分离的光谱分量521-526的不同部分聚焦到每个分离光学元件511-516上。也就是说，每个透镜520a-520f接收测量辐射355的部分的离散子带宽，并且在传感器装置的场平面处形成其图像。透镜阵列520a-520f中的每个透镜可以被配置为将测量辐射355的部分的分离光谱分量521-525的不同部分聚焦到多个分离光学元件511-516之一上。也就是说，测量辐射355在光瞳平面中的部分的每个波长分量副本被成像到分离光学元件511-516中的不同的一个上。例如，透镜阵列520a-520f可以包括透镜的一维阵列，该透镜的阵列布置在与色散光学元件405的色散方向Y对应的方向Y上。色散光学元件405的色散方向是色散光学元件将测量辐射355的部分的光谱分量521-526分离的方向。在图5的示例中，透镜阵列520a-520f包括六个透镜。透镜阵列520a-520f可以包括更多或更少数量的透镜。透镜阵列520a-520f中的透镜的数量可以至少部分取决于色散光学元件405的出射光瞳直径和/或色散能力。透镜阵列520a-520f可以例如包括约10个透镜至约30个透镜，例如约20个透镜。透镜阵列520a-520f中的每个透镜的直径可以在约250微米至约750微米之间，例如，约500微米。

分离光学元件511-516位于传感器装置的场平面附近。每个分离光学元件511-516可以接收不同辐射子带宽521-526。分离光学元件511-516可以被配置为将聚焦在其上的测量辐射的分离的光谱分量521-526的部分分离为多个色散子束531-554。也就是说，每个分离光学元件511-516产生多个子束531-554(例如，分离光学元件511产生子束531-534，分离光学元件512产生子束535-438，分离光学元件513产生子束539-542，分离光学元件514产生子束543-546，分离光学元件515产生子束547-550，分离光学元件516产生子束551-554)。图5包括位于垂直于检测器系统470的光轴的平面中的检测器视图575。检测器视图575示出了由检测器系统470检测到的色散子束531-554。分离光学元件511-516可以被配置为在检测器系统470处形成传感器装置的光瞳场的多个波长相关图像。多个色散子束531-554在入射在检测器系统470上之前穿过准直光学元件460。准直光学元件460对光瞳场成像，使得在检测器系统470处形成每个离散光谱分量521-526的色散子束531-554的多个位移图像。

检测器系统470被配置为检测每个色散子束531-554的强度并且输出指示其的测量信号341。检测器系统470可以包括多个感测元件(未示出)。感测元件可以例如是CCD检测器的像素。波前感测系统500还包括处理器450，该处理器450被配置为接收测量信号341并且据此确定测量辐射355的第一部分的光瞳函数变化。处理器450可以以与以上关于图3所讨论的相同的方式确定测量辐射355的部分的光瞳函数变化。也就是说，可以针对光谱分量521-526及其相关联的色散子束531-554中的每个执行等式1和等式2。

在一些实施例中，波前感测系统可以包括单个分离光学元件。分离光学元件可以被配置为将测量辐射325的部分355分离为多个子束，以便确定一个或多个方向上的波前梯度信息。分离光学元件可以例如包括轴锥棱镜，以便确定连续波前梯度信息。分离光学元件可以是棱镜，例如金字塔传感器。金字塔传感器可以将测量辐射的部分分为四个子束。分离光学元件可以放置在传感器装置的场平面中。波前感测系统还可以包括被配置为检测每个子束的强度并且输出指示其的测量信号的检测器系统。检测器系统可以包括多个检测器，每个检测器可以包括多个感测元件，例如一个或多个CCD或CMOS检测器。例如，检测器系统可以包括100×100个光敏像素的阵列。可以使用更多数量的像素或更密集的像素阵列以提高传感器装置的空间分辨率。感测元件可以布置成阵列。波前感测系统还可以包括被配置为接收测量信号并且据此确定测量辐射的部分的光瞳函数变化的处理器。处理器可以包括彼此通信和/或与共享设备通信的多个处理器。检测器系统上的每个子束的强度可以至少部分取决于入射在分离光学元件上的测量辐射的部分的波前。也就是说，传感器装置的光瞳平面中测量辐射的部分的波前影响从入射在波前感测系统中的分离光学元件上的辐射进入每个子束的光通量。因此，子束的强度可以被测量，并被用于确定测量辐射的部分的光瞳函数变化。光瞳函数变化可以是传感器装置的光瞳平面中测量辐射的部分的相对相位和/或相对强度。可以测量子束的总强度并且将其用于确定传感器装置的光瞳平面中测量辐射的部分的强度。从传感器装置的光瞳平面确定相位信息和强度信息两者有利地提供了关于全复场光瞳的信息。

图6示意性地示出了根据本发明的实施例的包括波前感测系统600的传感器装置601，该包括波前感测系统600具有多个采样光学元件610和第一色散光学元件650。图6的传感器装置601与图3的传感器装置300共用很多共同的组件，并且相似的部件被赋予相似的附图标记。图6的波前感测系统600可以是图3所示的波前感测系统335的实施例。下面讨论图3与图6之间的差异。

在从衬底W的目标330散射并且从分束器345反射之后，测量辐射355的第一部分入射在多个采样光学元件610上。波前感测系统600还可以包括被配置为将测量辐射355的部分成像到采样元件610上的成像光学元件(未示出)(诸如透镜)。每个采样光学元件610可以被配置为对测量辐射355的部分的波前的不同部分进行采样，以形成多个样本束621-625。采样光学元件610可以包括微透镜。微透镜的直径可以至少部分取决于传感器装置的期望分辨率。每个微透镜可以例如具有大于约1μm的直径。每个微透镜可以具有例如小于约500μm的直径。采样元件610可以布置成阵列，例如网格图案。阵列中的采样元件的数量可以至少部分取决于传感器装置的期望分辨率。该阵列可以例如包括约100个或更多的采样元件。该阵列可以例如包括约10000个或更少的采样元件。测量辐射355的给定衍射级可以由多个采样光学元件610采样。

波前感测系统600还可以包括被配置为在样本束入射在第一色散光学元件650上之前准直样本束621-625的准直光学元件630。第一色散光学元件650位于传感器装置的光瞳平面附近。第一色散光学元件650可以被配置为分离样本束621-625的不同光谱分量651-654。也就是说，第一色散光学元件650可以被配置为在色散方向(图6中的Y方向)上根据测量辐射325的波长的变化对样本束621-625的强度分布进行色散。在图6的示例中，测量辐射325包括四个离散光谱分量651-654。四个离散光谱分量651-654可以例如包括在约500nm至约900nm之间的辐射带宽。例如，第一离散光谱分量421可以具有约500nm(例如，532nm)的中心波长。第二离散光谱分量422可以具有约600nm(例如，635nm)的中心波长。第三离散光谱分量423可以具有约800nm(例如，780nm)的中心波长。第四离散光谱分量424可以具有约900nm(例如，850nm)的中心波长。每个离散光谱分量可以具有在约1nm至约20nm之间的波长的带宽。样本束621-625的分离的光谱分量可以被称为色散样本束660。

样本束621-625的分离的光谱分量660入射在聚焦元件670上。聚焦元件670将色散样本束660聚焦到检测器系统470上。检测器系统470可以被配置为检测每个色散样本束660并且输出指示色散样本束的至少一个特性的测量信号341。色散样本束660的至少一个特性可以包括与色散样本束的空间强度分布有关的信息。例如，色散样本束660的至少一个特性可以包括例如在通常垂直于传感器装置的光轴的平面中色散样本束的位置(例如，色散样本束的中心的位置)。色散样本束651-654的位置可以取决于形成色散样本束651-654的测量辐射355的第一部分的相位。检测器系统470可以包括多个检测器(未示出)，每个检测器可以包括多个感测元件，例如一个或多个CCD检测器。感测元件可以布置成阵列，例如网格图案。应当理解，每个色散样本束651-654通常可以由检测器系统470的多个不同感测元件接收。

波前感测系统600还可以包括处理器450，被配置为接收测量信号341并且使用测量信号341确定测量辐射355的部分的相位。处理器450可以包括彼此通信和/或与共享设备通信的多个处理器。

在图6中示出了与由检测器系统470检测到的与样本束625之一相关联的四个色散样本束651-654的放大图655。每个色散样本束651-654可以在检测器系统470上具有预期位置661-664。色散样本束651-654的预期位置661-664可以是例如当测量辐射325具有基本平坦的波前时色散样本束651-654的位置。色散样本束651-654的位置与色散样本束661-664的预期位置之间的偏移可以用于确定测量辐射325的相位。例如，色散样本束651-654的位置与色散样本束661-664的预期位置之间的偏移可以用于确定测量辐射325的波前相对于基本平坦的波前的变化。

有利地，图6所示的实施例可以允许同时确定测量辐射325的多个不同光谱分量651-654的相位信息。例如，通过使用第一色散光学元件650，在与第一色散光学元件650的色散方向对应的Y方向上样本束621-625的空间强度分布与测量辐射325的光谱有关。此外，如上所述，样本束621-625的空间强度分布取决于形成样本束621-625的测量辐射355的部分的相位。因此，测量辐射355的光谱信息和相位信息是纠缠的。离散光谱分量651-654的知识可以用于从测量信号341解开光谱信息，从而揭示测量辐射325的相位。

如上所述，波前感测系统600的处理器450被配置为接收测量信号341并且使用测量信号341确定测量辐射355的一个或多个部分的相位。另外，如上所述，该相位信息根据样本束621-625的空间强度分布来确定，该空间强度分布取决于形成样本束621-625的测量辐射355的部分的相位。附加地或替代地，波前感测系统600的处理器450可以被配置为接收测量信号341，并且使用测量信号341确定测量辐射355的一个或多个部分的幅度。该幅度信息可以从样本束621-625的总强度或总体强度来确定，该总强度或总体强度取决于形成样本束621-625的测量辐射355的部分的幅值。通常，波前感测系统600的处理器450被配置为接收测量信号341，并且使用测量信号341确定测量辐射355的一个或多个部分的光瞳函数变化(例如，相位和/或幅度)。

可选地，包括两个光学分支的波前感测系统可以用于解开测量辐射的光谱信息和相位信息，如现在讨论的。

图7示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括波前感测系统700的传感器装置701，该波前感测系统700具有两个光学分支710、720。图7的传感器装置701与图3的传感器装置300共用共同的组件，并且相似的部件被赋予相似的附图标记。图7的波前传感器700可以是图3所示的波前感测系统335的实施例。下面讨论图3与图7之间的差异。图7的传感器装置与图6的传感器装置相同，不同之处在于，测量辐射325包括辐射波长的连续体，并且图7的波前感测系统包括分束器705和附加光学分支720。

在从衬底W的目标330散射并且从分束器345反射之后，测量辐射355的部分入射在多个采样光学元件610上。波前感测系统700还可以包括被配置为将测量辐射355的部分成像到采样元件610上的成像光学元件(未示出)，诸如透镜。每个采样光学元件610可以被配置为对测量辐射355的部分的波前的不同部分进行采样以形成多个样本束621-625。波前感测系统700可以包括束分离器705，其被配置为将样本束715的第一部分引导到第一光学分支710，并且将样本束725的第二部分引导到第二光学分支720。束分离器705被配置为使得第一部分715和第二部分725中的每个具有基本相同的空间强度分布。例如，束分离器705可以是分束器。

第一光学分支710可以包括被配置为在样本束入射在第一色散光学元件650a上之前准直样本束621-625的第一部分715的准直光学元件630a。第一色散光学元件650a位于传感器装置的光瞳平面附近。第一色散光学元件650a可以被配置为在第一方向(图7中的Y方向)上分离样本束715的第一部分的不同波长。也就是说，第一色散光学元件650可以被配置为根据Y方向上测量辐射325的波长的变化来对样本束621-625的强度分布进行色散。第一光学分支710还可以包括被配置为将样本束715的第一部分的分离波长聚焦成第一色散样本束751的第一聚焦元件741a。

第一色散样本束751入射在检测器系统470a上。检测器系统470a可以被配置为检测每个第一色散样本束751并且输出指示第一色散样本束751的至少一个特性的测量信号341a，例如，与第一色散样本束751的空间强度分布有关的信息。例如，第一色散样本束751的至少一个特性可以包括例如在通常垂直于传感器装置的光轴的平面中第一色散样本束751的位置(例如，第一色散样本束的中心的位置)。第一色散样本束751的位置可以取决于形成第一色散样本束751的测量辐射355的部分的相位。检测器系统470a可以包括多个检测器(未示出)，每个检测器可以包括多个感测元件，例如一个或多个CCD或CMOS检测器。感测元件可以布置成阵列，例如网格图案。应当理解，每个第一色散样本束751通常可以由检测器系统470a的多个不同感测元件接收。

第二光学分支720可以包括与第一光学分支710相同的组件，即：第二准直光学元件630b、第二色散元件650b、第二聚焦光学元件741b和第二检测器系统470b。然而，第二色散光学元件650b被配置为与第一色散光学元件650a相比在不同的方向(图7中的X方向)上分离样本束725的第二部分的组成波长。第二聚焦元件741b被配置为将样本束725的第二部分的不同波长聚焦到第二色散样本束752中。第一色散光学元件650a和第二色散光学元件650b可以绕传感器装置的光轴相对于彼此具有不同的旋转位置。

图7中示出了由检测器系统470检测到的第一散射样本束751a的放大图755。第一散射样本束751a已经被第一色散光学元件650a在第一散射方向(Y方向)上散射。第一色散光学元件650a的色散方向是色散光学元件650a分离样本束715的第一部分的光谱分量的方向。此外，光学像差将引起样本束751在X方向和Y方向两者上的位移和/或变形。第一样本束751a在X方向上的位移和/或变形至少部分由形成在X方向上的测量辐射355的部分的波前(即，相位)来确定。图7中示出了由检测器系统470b检测到的第二色散样本束752a的放大图756。第二色散样本束752a已经被第二色散光学元件650b在第二色散方向(X方向)上散射。第二色散光学元件650b的色散方向是第二色散光学元件650b分离样本束715的第二部分的光谱分量的方向。此外，光学像差将引起样本束752在X方向和Y方向两者上的位移和/或变形。第二样本束752a在Y方向上的位移和/或变形至少部分由Y方向和X方向上测量辐射325的波前(即，相位)确定。

因此，检测器系统470a、470b上的第一色散样本束751和第二色散样本束752的位移和/或变形可以至少部分由测量辐射355的部分的光谱和测量辐射355的部分的相位两者来确定。在X方向上，第一色散样本束751的位移和/或变形取决于测量辐射355的部分的相位，而第二色散样本束752的位移和/或变形取决于测量辐射355的部分的相位和光谱分量两者。通过比较第一色散方向上色散样本束751、752的位移和/或变形，光谱信息和相位信息可以在第一色散方向上被解开。在Y方向上，第一色散样本束751的位移和/或变形取决于测量辐射355的部分的相位和光谱分量两者，而第二色散样本束752的位移和/或变形取决于测量辐射355的部分的相位。通过比较在另一色散方向上色散样本束751、752的位移和/或变形，光谱信息和相位信息可以在另一色散方向上被解开。

波前感测系统700还可以包括处理器450，被配置为接收测量信号341a、341b并且使用测量信号确定测量辐射355的部分的相位。处理器450可以包括彼此通信和/或与共享设备通信的多个处理器。

每个色散样本束751、752可以在检测器系统470a、470b上具有预期位置(未示出)。色散样本束751、752的预期位置可以是当测量辐射325具有基本平坦的波前时色散样本束751、752的位置。色散样本束751、752的位置与色散样本束的预期位置之间的偏移可以用于确定测量辐射355的部分的相位。例如，色散样本束751、752的位置与色散样本束751、752的预期位置之间的偏移可以用于确定测量辐射325的波前相对于基本平坦的波前的变化。附加地或替代地，个体色散样本束751、752的总强度或总体强度可以用于确定传感器装置701的光瞳平面内测量辐射325的强度的变化。

在一些实施例中，波前感测系统可以包括多个采样光学元件。每个采样光学元件可以被配置为对测量辐射的部分的波前的不同部分进行采样以形成多个样本束。采样光学元件可以例如包括微透镜。采样光学元件可以布置成阵列，例如网格图案。波前感测系统还可以包括被配置为检测每个样本束并且输出指示样本束的至少一个性质的信号的检测器系统。检测器系统可以包括多个检测器，每个检测器可以包括多个感测元件，例如一个或多个CCD检测器。感测元件可以布置成阵列。样本束的至少一个性质可以包括与样本束的空间强度分布有关的信息。例如，样本束的至少一个性质可以包括在通常垂直于传感器装置的光轴的平面中样本束的位置(例如，样本束的中心的位置)。样本束的位置可以取决于形成样本束的测量辐射的部分的相位。检测器系统上的子束的图像相对于子束的预期位置的位移可以用于确定测量辐射的部分相对于名义相位(例如，理想的平坦波前)的相位。

在传感器装置300、401、501、601、701的实施例中，至少一些测量辐射360入射在测量系统350上。测量系统350被配置为接收信号340，并且至少部分根据所收集的测量辐射325和测量辐射355的部分的所确定的光瞳函数变化来确定衬底W的目标330的位置。现在讨论一种使用测量辐射(包含在信号340中)的相位来校正源误差的方法。

通过测量系统350对目标330的位置的确定可以类似于通过如图2所示并且在上文中讨论的测量系统230对目标205的位置的确定。如上所述，一个衍射束的至少一部分可以与共轭衍射束的至少一部分组合，该组合的衍射束被光检测器接收，并且该组合的衍射束的强度被测量。可以在辐射束215入射在目标205上的同时，通过在衬底W与传感器装置200之间生成相对运动，来形成干涉图或振荡测量强度。对于两个共轭衍射束之间的给定相对相位，可以确定由光电探测器确定的预期辐射强度，如现在讨论的。

通常，来自辐射束310的以不同入射角入射在目标330的同一点上的两条射线是不相干的。然而，通过散射辐射束310并且形成包括多个衍射级的测量辐射325，可以认为目标310形成入射辐射锥的多个副本(这些副本通常具有不同的相位和强度)。在这些副本中的任何一个或衍射束中，源自测量目标330上的同一点但散射角度不同的两条辐射线是不相干的(由于辐射束310的性质)。然而，对于在任何一个衍射束内的给定辐射线，在每个其他衍射束中都存在与该给定射线在空间上相干的对应辐射线。例如，每个衍射束的主射线(对应于入射辐射束310的主射线)是相干的，并且如果被组合，则可以在幅度水平干涉。可以组合共轭衍射束，使得这些相干束在幅度水平干涉。因此，对于两个共轭衍射束之间的给定相对相位差

由光电探测器确定的预期辐射强度可以通过以下方式确定：(i)将具有相对相位差

的每对相干射线(与相对于初始入射辐射束310成的给定角度对应)相干相加；以及(ii)将这些相干总和中的每个不相干相加。应当理解，每条射线的强度将既取决于入射辐射束310的强度分布又取决于由目标310形成的光栅的散射效率(这取决于光栅的几何形状)。

测量辐射325在光瞳平面的相对相位的任何变化都可能引起由光电探测器确定的辐射的预期幅度的误差，并且进而引起确定的目标330位置的误差。然而，如果波前传感器335可操作以确定测量辐射325在光瞳平面(至少在共轭衍射级穿过的光瞳平面的部分中)的相对相位图，则这可以用于确定由光电探测器确定的修改后的期望辐射强度(通过根据其通过的光瞳平面中的位置的测量射线325的相对相位图的值来修改被相干地相加的共轭射线的相对相位)。以这种方式，对于源误差，可以使用测量辐射的相位(包含在信号340中)来校正。

确定测量辐射的部分的光瞳函数变化允许校正源误差。测量辐射的部分的所确定的光瞳函数变化可以用于计算目标位置测量误差，并且至少部分校正目标位置测量误差。所确定的光瞳函数变化信息可以用于理解和表征传感器装置中存在的光学像差和/或聚焦误差。上述光学像差和/或聚焦误差可以使用波前传感器来监测，并且随时间的任何变化可以被确定并且被考虑以提高使用传感器装置进行的目标位置测量的准确性。所确定的光瞳函数变化信息可以用于确定一个或多个光学像差的来源，从而能够修改或替换该光学组件。聚焦误差可以例如包括与传感器装置的远心度和/或衬底的不期望的倾斜有关的误差。同时测量该测量辐射的部分的不同光谱分量的光瞳函数变化信息可以提高利用根据本发明的实施例的传感器装置的光刻工艺的产出。传感器装置可以被配置为以任何期望间隔(例如，每一批衬底一次)测量测量辐射的光瞳函数变化，以便确定误差源随时间的变化。

除非另有说明，否则应当理解，本文中对传感器装置的光瞳平面中的测量辐射的相位的任何引用旨在表示在传感器装置的光瞳平面中测量辐射的相对相位(例如，相对于参考相位)。类似地，除非另有说明，否则应当理解，本文中提到的任何传感器装置的光瞳平面中的测量辐射的强度旨在表示在传感器装置的光瞳平面中测量辐射的相对强度(例如，相对于参考强度)。

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、量测装置、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。

Claims (15)

1.一种用于确定衬底的目标的位置的传感器装置，包括：

投影光学元件，被配置为将辐射束投影到所述衬底上；

收集光学元件，被配置为收集由从所述目标衍射的所述辐射束形成的测量辐射；

波前感测系统，被配置为确定所述测量辐射的至少第一部分的光瞳函数变化，并且输出指示所述光瞳函数变化的信号；以及

测量系统，被配置为接收所述信号，并且至少部分地根据所述测量辐射的至少第二部分和接收的所述信号，确定所述目标的所述位置。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述波前感测系统包括：

第一分离光学元件，被配置为将所述测量辐射的所述至少第一部分分成多个子束；

检测器系统，被配置为检测每个子束的强度，并且输出指示所述强度的测量信号；以及

处理器，被配置为接收所述测量信号，并且确定所述测量辐射的所述至少第一部分的所述光瞳函数变化。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述波前感测系统还包括：

色散光学元件，被配置为将所述测量辐射的所述至少第一部分分离为具有不同波长的色散辐射束；

多个分离光学元件，其中所述多个分离光学元件中的每个分离光学元件被配置为将所述色散辐射束之一分成色散子束，

聚焦元件，被配置为将不同波长的所述辐射的所述至少第一部分聚焦到所述多个分离光学元件上。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中所述聚焦元件包括透镜阵列。

5.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述波前感测系统包括：

多个采样光学元件，其中每个采样光学元件被配置为对所述测量辐射的所述至少第一部分的波前的不同部分进行采样，以形成多个样本束；

检测器系统，被配置为检测每个样本束，并且输出指示所述样本束的至少一个特性的测量信号；以及

处理器，被配置为接收所述测量信号，并且使用所述测量信号以确定所述测量辐射的所述至少第一部分的所述光瞳函数变化。

6.根据权利要求5所述的传感器装置，其中所述波前感测系统还包括：

第一色散光学元件，被配置为将所述样本束分离为具有不同波长的色散样本束；以及

第一聚焦元件，被配置为将所述色散样本束聚焦到所述检测器上。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中所述波前感测系统还包括：

束分离器，被配置为将所述样本束的第一部分引导到第一光学分支，并且将所述样本束的第二部分引导到第二光学分支，

其中所述第一光学分支包括：

所述第一色散光学元件，被配置为在第一方向上分离所述样本束的所述第一部分的不同波长；

所述第一聚焦元件，被配置为将所述样本束的被分离波长的所述第一部分聚焦为第一色散样本束，以及

其中所述第二光学分支包括：

第二色散光学元件，被配置为在不同方向上分离所述样本束的所述第二部分的不同波长；以及

第二聚焦元件，被配置为将所述样本束的所述不同波长的所述第二部分聚焦为第二色散样本束。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述波前感测系统包括至少一个波前传感器。

9.一种光刻设备，被布置为将图案从图案形成装置投影到衬底上，所述光刻设备包括根据前述权利要求中任一项所述的传感器装置。

10.一种量测装置，包括根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置。

11.一种确定衬底的目标的位置的方法，包括：

将辐射束投影到所述衬底上；

收集从所述目标散射的测量辐射；

确定所述测量辐射的至少部分的光瞳函数变化；以及

至少部分地根据收集的所述测量辐射和确定的所述光瞳函数变化，确定所述目标的所述位置。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法使用根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置来执行。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述测量辐射包括不同波长的辐射，并且其中所述方法还包括：

对所述测量辐射的所述部分的波前的不同部分进行采样，以形成多个样本束；

将所述样本束分为样本束的第一部分和样本束的第二部分；

在第一色散方向上分离所述样本束的所述第一部分的所述不同波长，以形成第一色散样本束；

在不同色散方向上分离所述样本束的所述第二部分的所述不同波长，以形成第二色散样本束；

比较所述第一色散样本束和所述第二色散样本束在所述第一色散方向上的位移和/或变形；

比较所述第一色散样本束和所述第二色散样本束在所述不同色散方向上的位移和/或变形；以及

使用所述比较以在所述第一色散方向和所述不同色散方向上解开光谱信息和光瞳函数变化信息。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，还包括：

根据确定的所述光瞳函数变化，计算目标位置测量误差；以及

至少部分地针对计算的所述目标位置测量误差而校正所述目标的确定的所述位置。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括：

确定光瞳面中的所述测量辐射的相对相位图。

Images