CN112925176A - 辐射源 - Google Patents

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Abstract

一种用于对准标记测量系统的超连续谱辐射源包括：辐射源；照射光学器件；多个波导；和收集光学器件。辐射源能够操作以产生脉冲辐射束。照射光学器件布置成接收脉冲泵浦辐射束并形成多个脉冲子束，每个脉冲子束包括脉冲辐射束的一部分。多个波导中的每一个被布置成接收多个脉冲子束中的至少一个，并且加宽该脉冲子束的光谱，以便产生超连续谱子束。收集光学器件布置成从多个波导中的每一个接收超连续谱子束并将它们组合以便形成超连续谱辐射束。

Description

辐射源
本申请是申请日为2017年06月01日、发明名称为“辐射源”、申请号为201780035989.1的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月9日提交的欧洲申请16173625.1的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种辐射源。本发明尤其涉及一种可以构成量测系统的部分的辐射源。例如，辐射源可以构成光刻设备内的对准系统或其它位置测量系统的部分。
背景技术
光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成要在IC的单层上形成的电路图案。可以将该图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或几个管芯)上。通常，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续形成图案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和所谓的扫描器，在步进器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来辐射每个目标部分；在扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案，同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步扫描衬底来辐射每个目标部分。也有可能通过图案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转印到衬底上。
为了控制将器件特征准确地放置在衬底上的光刻过程，通常在衬底上提供对准标记，并且光刻设备包括一个或更多个对准传感器，通过该对准传感器可以准确地测量衬底上的对准标记的位置。这些对准传感器是有效的位置测量设备。不同类型的对准标记和不同类型的对准传感器是已知的，例如，由不同的制造商提供。
不断需要提供更为准确的位置测量，尤其是随着产品特征变得越来越小而控制重叠误差。
本发明的目的是提供一种替代的辐射源，其至少部分地解决与现有技术的辐射源相关联的一个或更多个问题，无论此处是否提及所述一个或更多个问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种超连续谱辐射源，包括：照射光学器件，布置成接收脉冲泵浦辐射束并形成多个脉冲子束，每个脉冲子束包括所述脉冲泵浦辐射束的一部分；多个波导，每个波导布置成接收多个脉冲子束中的至少一个，并且加宽所述脉冲子束的光谱，以便产生超连续谱子束；和收集光学器件，布置成从多个波导中的每一个接收超连续谱子束并将它们组合以形成超连续谱辐射束。
超连续谱的产生是通过短的高功率脉冲通过非线性介质的传播形成宽的连续光谱(波长范围为约400nm至2500nm)。术语超连续谱不涵盖特定的现象，而是导致光脉冲的相当大的光谱加宽的多个非线性效应。所涉及的非线性效应依赖于材料中的色散且将如自相位调制、拉曼散射、相位匹配和孤子的效应计算在内。目前的超连续谱光纤激光器包括高峰值功率泵浦源，以有效地启动光纤中的非线性效应和特定长度的光子晶体光纤，用于产生超连续谱。
超连续谱辐射源可以适用于光学测量系统，一般而言，例如对准标记测量系统或半导体检查设备。此外，根据本发明的超连续谱辐射源可以有利地应用于除光刻技术领域之外的其他技术领域，例如医学断层摄影、光纤或部件衰减的测量、干涉量测或光谱学、光学相干断层扫描、共聚焦显微镜、纳米技术、生物医学，消费类电子产品等。
本发明的第一方面提供了一种具有宽光谱的辐射源，其对于对准标记测量系统特别有用。当泵浦辐射束的脉冲传播通过波导时，由于各种非线性光学效应而形成超连续谱。应当理解，这里使用的术语“波导”是指被配置为引导波，特别是电磁波的结构或介质。这种波导可以构成集成光学系统的一部分，即它可以设置“在芯片上”。替代地，这种波导可以是自由空间波导。自由空间波导包括各种不同类型的光纤，包括例如光子晶体光纤。
由于这些效应的固有的非线性特性，即使泵浦辐射源是稳定的(在泵浦辐射源中其输出基本上没有脉冲到脉冲的变化)，超连续谱辐射源通常会遭受频谱噪声、脉冲到脉冲的波动和不稳定的输出模式。
本发明的第一方面提供了一种布置，其中产生了多个超连续谱(在多个波导中的每一个波导中产生一个)并且将多个超连续谱叠加(通过收集光学器件)。这种布置优于现有技术的布置，因为不同的单个超连续谱内的噪声和脉冲到脉冲的变化将至少部分地相互抵消。因此，该布置提供了一种适用于对准标记测量系统的类型的宽谱辐射源，其要求比现有技术的布置更稳定的输出，以允许使用这种对准标记测量系统进行的测量具有足够高的准确度。
通常，如果辐射强度(即每单位面积的功率)低于该波导的阈值，则波导将能够支持辐射。如果具有高于阈值的强度的辐射耦接到波导，则波导可能被损坏。通过将脉冲泵浦辐射束分成多个脉冲子束，每个脉冲子束通过不同的波导传播以产生超连续谱，本发明的第一方面允许脉冲泵浦辐射束的功率被分散到多个波导上。因此，提供脉冲泵浦辐射束到多个波导中的无源耦接(即，不应用任何(光学)放大)。这意味着对于源的给定的期望的输出功率，多个波导中的每一个波导的横截面面积可以相对于现有技术的超连续谱源中的单个波导的横截面面积被减小。特别地，在一些实施例中，即使对于相对亮的辐射源(例如，具有1W或更高的量级的功率)，波导的尺寸也可以充分减小以使得波导可以包括集成光学器件。也就是，波导可以设置在芯片上(例如，作为集成光学系统)，并且可以使用半导体制造技术形成。超连续谱源的噪声和脉冲到脉冲的变化依赖于许多因素，其中一个主要因素是导致超连续谱产生的非线性过程可以作用的相互作用长度。这种芯片上的波导可以具有较小的相互作用长度，在该相互作用长度上，导致超连续谱产生的非线性过程可以起作用，而不是例如用于产生超连续谱的自由空间波导(例如，光子晶体光纤)。反过来，相对于现有技术的超连续谱源中的单个波导的噪声和脉冲到脉冲的变化，这减少了由多个波导中的每一个波导产生的超连续谱的噪声和脉冲到脉冲的变化。
因此，根据本发明的第一方面的辐射源允许在辐射源的噪声和脉冲到脉冲的变化两方面的改进。可以在比现有技术的布置更稳定输出(对于给定的总输出功率)的情况下生成每个单独的超连续谱，此外，将多个超连续谱组合以至少部分地平均噪声和脉冲到脉冲波动。
本发明的第一方面的另一个优点是超连续谱辐射源具有一定水平的冗余，并且即使在多个波导中的一个波导失效的情况下仍然可以在某种程度上操作。
多个波导可以包括集成光学器件。也就是，波导可以设置在芯片上(例如，作为集成光学系统)，并且可以使用半导体制造技术形成。这种芯片上的波导通长具有较小的相互作用长度，在该相互作用长度上，导致超连续谱产生的非线性过程可以起作用，而不是例如用于产生超连续谱的自由空间波导(例如，光子晶体光纤)。反过来，相对于现有技术的超连续谱源中的单个波导的噪声和脉冲到脉冲的变化，这减少了由多个波导中的每一个波导产生的超连续谱的噪声和脉冲到脉冲的变化。此外，集成光学器件的较短的相互作用长度、紧凑的尺寸和成熟的制造技术允许超连续辐射源受益于比超连续谱辐射源输出的超连续谱辐射束的更好的模式控制和偏振控制。
多个波导由氮化硅(Si3N4)形成，并且被包覆材料或硅或二氧化硅(SiO2)包围。
多个波导可以形成在共同的衬底上。
多个波导中的每一个波导的宽度可以为1μm或更小的量级，高度为500nm或更小的量级。多个波导中的每一个波导的长度为10nm或更小。
超连续谱辐射束具有至少1W的功率。通过使用例如光子晶体光纤作为非线性光学介质，具有该量级的输出功率的已知超连续辐射源是可行的。本发明可以通过提供多个产生超连续谱的波导，允许相对亮的超连续谱辐射源(即具有至少1W的输出功率)由集成光学器件形成。此外，根据本发明实施例的超连续谱辐射源提供了非常紧凑的布置，该布置尤其明显小于已知的基于光子晶体光纤的超连续谱辐射源。
超连续谱辐射束可以具有包括波长范围为400至2600nm的辐射的光谱。这包括从可见光到远红外光的辐射。因此，超连续谱辐射束可具有约500THz的带宽。
超连续谱辐射可以包括100或更多个波导。
照射光学器件和/或收集光学器件可以由波导系统实现。
照射光学器件和/或收集光学器件可以包括多组波导，所述多组波导按顺序排序，并且来自每组波导的波导光学耦接到在所述顺序中的下一组波导中的多个波导。。
照射光学器件和/或收集光学器件包括多个透镜光纤，每个所述透镜光纤耦接到所述多个波导中的至少一个。
照射光学器件和/或收集光学器件可以由透镜系统实现。
照射光学器件可以包括第一光学器件和聚焦光学器件。第一光学器件可以布置成从辐射源接收辐射束并将其引导到聚焦光学器件。聚焦光学器件可以布置成将泵浦辐射束的不同部分光学耦接到多个波导中的至少两个。
聚焦光学器件可以包括聚焦透镜阵列，每个聚焦透镜被布置成将泵浦辐射束的不同部分聚焦到多个波导中的一个的入口处或附近的焦点。
超连续辐射束可以包括单模。
照射光学器件和收集光学器件可以包括集成光学器件和自由空间光学器件的组合。
根据本发明的第二方面，提供了一种光学测量系统，所述光学测量系统包括根据本发明的第一方面的超连续谱辐射源。
根据本发明的第三方面，提供了一种对准标记测量系统，包括：根据前述实施例中任一个实施例所述的超连续谱辐射源；光学系统，能够操作以将所述超连续谱辐射束投影到对准标记上，所述对准标记位于设置在衬底台上的衬底上；传感器，能够操作用于检测由对准标记衍射/散射的辐射，并输出包含与所述对准标记的位置有关的信息的信号；和处理器，配置为接收来自所述传感器的信号并依赖于所述信号确定所述对准标记相对于所述衬底台的位置。
根据本发明的第四方面，提供了一种光刻设备，所述光刻设备包括根据本发明的第三方面的对准标记测量系统。
对本领域技术人员显而易见的是，上文或下文提出的本发明的各个方面和特征可与本发明的各种其他方面和特征组合。
附图说明
现在将参考所附示意性附图仅通过举例方式来描述本发明的实施例，在附图中对应的附图标记表示对应部件，且在附图中：
图1A示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括对准系统的光刻系统；
图1B示出了可表示图1A的两个衬底中的任一个的衬底W的平面图；
图1C示出了图案形成装置的平面图，该图案形成装置可以被图1A的光刻系统所使用；
图2包括图2(a)和图2(b)，其示意性地描绘了可以在图1的设备中的衬底上提供的各种形式的对准标记；
图3是扫描图1的设备中的对准标记的第一对准传感器的示意方框图；
图4是第二对准传感器的示意图，该第二对准传感器可用作图1的设备中的对准传感器，包括离轴照射和可选的非对称性测量布置(未详细示出)，并且还示出多个波长和偏振的特征；
图5是根据本发明的实施例的超连续谱辐射源的示意图，其可以构成图3和图4的对准传感器的部分；
图6a是在垂直于波导的光轴(z方向)的平面(xy平面)中作为集成光学系统的部分而被提供的波导的一部分的横截面图，在使用中，辐射沿着该光轴通过波导传播；
图6b示出了图6a中所示的波导650的一部分的局部横截面透视图，其中未示出包覆材料；
图7示出了图5的超连续谱辐射源的第一实施例；
图8a和8b示出了图5的超连续谱辐射源的第二实施例的两个变形例；和
图9a和9b示出了图5的超连续谱辐射源的第三实施例的两个变形例。
具体实施方式
虽然在本文中可以对光刻设备用于集成电路的制造进行了具体参考，但是，应该理解，这里所述的光刻设备可以具有其他应用，例如集成光学系统的制造、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层施加到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具或检查工具中。在可应用的情况下，可以将此处的公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
这里使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于在辐射束的横截面上赋予辐射束图案、以在衬底的目标部分上产生图案的装置。应注意，赋予辐射束的图案可以不完全地对应于衬底的目标部分中的所期望的图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中产生的器件(例如集成电路)中的特定功能层。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束；以此方式，反射的束被图案化。
支撑结构保持图案形成装置。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计和诸如例如图案形成装置是否保持在真空环境中的其他条件的方式保持图案形成装置。支撑结构可以使用机械夹持、真空或其他夹持技术(例如在真空条件下的静电夹持)。支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要是固定的或可移动的，并且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。这里使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里使用的术语“投影系统”应该被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统和反射折射光学系统，例如对于所使用的曝光辐射或者对于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其他因素所适合的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。
这里所使用的术语“照射系统”可以包括各种类型的光学部件，包括用于引导、成形或控制辐射束的折射式光学部件、反射式光学部件、反射折射式光学部件，这些部件也在下文中统称或单独地称为“透镜”。
光刻设备也可以是这样一种类型：其中衬底浸没在具有相对高折射率的液体(例如，水)中，以填充投影系统的最终元件和衬底之间的空间。在本领域中公知浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。
图1A示意性描绘了根据本发明的特定实施例的光刻设备。所述光刻设备包括：
照射系统(照射器)IL，用于调节辐射束PB(例如，UV辐射束或DUV辐射束)；
框架MF；
支撑结构(例如掩模台)MT，用于支撑图案形成装置MA；
两个衬底台(例如晶片台)WT1、WT2，每个衬底台用于分别保持衬底(例如涂有抗蚀剂的晶片)W1、W2；以及
投影系统(例如折射式投影透镜)PL，配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束PB的图案成像到由两个衬底台WT1、WT2中的一个所保持的衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
框架MF是隔离振动的框架，其基本上隔离诸如振动的外部影响。例如，框架MF可以由地面上的基架(未示出)经由声学阻尼安装件(未示出)支撑，以便将框架MF与基架的振动隔离。可以主动地控制这些声学阻尼安装件以隔离由基架和/或由隔离框架MF本身引入的振动。在图1A所示的双平台光刻设备中，在左手侧设置对准系统AS和形貌测量系统TMS，在右手侧设置投影系统PL。投影系统PL、对准系统AS和形貌测量系统TMS连接到隔离框架MF。
支撑结构MT经由第一定位装置PM可移动地安装到框架MF上。第一定位装置PM可用于移动图案形成装置MA，并相对于框架MF(以及连接到框架MF的投影系统PL)准确地定位图案形成装置MA。
衬底台WT1、WT2分别经由第一衬底定位装置PW1和第二衬底定位装置PW2可移动地安装到框架MF上。第一衬底定位装置PW1和第二衬底定位装置PW2可以用于分别移动由衬底台WT1、WT2保持的衬底W1、W2，并且相对于框架MF(和连接到框架MF的投影系统PL、对准系统AS和形貌测量系统TMS)准确地定位衬底W1、W2。支撑结构MT和衬底台WT1、WT2可以统称为物体台。第一衬底定位装置PW1和第二衬底定位装置PW2每个可以被认为是扫描机构，其可操作以沿着扫描路径相对于辐射束移动衬底台WT1、WT2，使得辐射束横跨衬底W的目标部分C进行扫描。
因此，图1A所示的光刻设备是具有两个衬底台WT1、WT2的类型，其可被称作双平台设备。在这些“多平台”机器中，并行地使用两个衬底台WT1、WT2，其中在所述衬底台中的一个衬底台上进行预备步骤的同时，将另一衬底台用于曝光。预备步骤可以包括使用水平传感器LS来映射衬底的表面和通过使用对准传感器AS测量对准标识在衬底上的位置。这实现设备的生产量显著增加。如果位置传感器IF不能够测量衬底台的位置同时其在测量站处以及在曝光站处，则可以设置第二位置传感器以实现在两个站处追踪衬底台的位置。
在图1A中，衬底台WT1设置在左边，衬底台WT2设置在右边。在这种配置中，衬底台WT1可以用于在由其保持的衬底W1的曝光之前，通过使用对准系统AS(下文将更为完整地描述)和形貌量测系统TMS执行与衬底W1有关的各种预备步骤。同时，衬底台WT2可以用于曝光由衬底台WT2所保持的另一衬底W2。一旦已经曝光由衬底台WT2所保持的衬底W2且已经进行与由衬底台WT1所保持的衬底Wl有关的预备步骤，则交换两个衬底台WT1、WT2的位置。随后，将由衬底台WT1所保持的衬底W1被曝光至辐射，且用新的衬底来替换之前已曝光至辐射的由衬底台WT2保持的衬底W2，且执行与新的衬底有关的各种预备步骤。
因此，两个衬底台WT1、WT2中的每一个可以被设置在图1A的左边或右边。除非另外说明，否则在下文中，衬底台WT1通常将表示当时被设置在左边的衬底台，且衬底台WT2通常将表示当时被设置在右边的衬底台。
图1B示出可以表示图1A的两个衬底Wl、W2中的任一个的衬底W的平面图。在下文中，除非另外说明，否则光刻设备的左边和右边的衬底将被称为衬底W。图1C示出了图案形成装置MA的平面图，该图案形成装置MA被设置有图案形成装置对准标记(被示意性地示出为框Ml、M2)。
如此处所示出的，所述设备是透射类型(例如，采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以是反射类型(例如，采用如上文所提及的类型的可编程反射镜阵列)。
照射器IL从辐射源SO接收辐射束。例如，当源SO为准分子激光器时，源SO和光刻设备可以是分立的实体。在这种情况下，不认为源SO构成光刻设备的部分，且辐射束被借助于包括(例如)适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD被从源SO传递至照射器IL。在其他情况下，例如当源为汞灯时，所述源可以是所述设备的组成部分。照射器IL可以被称为辐射系统。可替代地，源SO和照射器IL与需要时设置的束传递系统BD一起可以被统称为辐射系统。
照射器IL可以改变束的强度分布。照射器可以布置成限制辐射束的径向范围，使得在照射器IL的光瞳平面中的环形区内强度分布为非零。另外或可替代地，照射器IL还可以能够操作用于限制束在光瞳平面中的分布，使得在光瞳平面中的多个被相同间隔开的扇区中强度分布为非零。辐射束在照射器IL的光瞳平面中的强度分布可以被称为照射模式。
照射器IL可以包括用于调整束的强度分布的调整装置AM。通常，可以调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)。照射器IL还可以能够操作用于改变束在照射器的光瞳平面中的角度分布。例如，照射器IL可以能够操作用于改变强度分布为非零所处的光瞳平面中的扇区的数目和角度范围。通过调整束在照射器的光瞳平面中的强度分布，可以实现不同的照射模式。例如，通过限制照射器IL的光瞳平面中的强度分布的径向范围和角度范围，所述强度分布可以具有诸如(例如)双极、四极或六极分布的多极分布，如本领域中所知的。可以通过将提供该照射模式的光学装置插入到照射器IL中来获得所期望的照射模式。
照射器IL可以能够操作用于改变束的偏振且可以能够操作用于通过使用调整装置AM来调整所述偏振。横跨照射器IL的光瞳平面的辐射束的偏振状态可以被称为偏振模式。使用不同的偏振模式可以允许在形成于衬底W上的图像中实现较大的对比度。辐射束可以是非偏振的。可替代地，照射器IL可以被布置成线性地偏振所述辐射束。辐射束的偏振方向可以横跨照射器IL的光瞳平面变化，即，辐射的偏振方向可以在照射器IL的光瞳平面中的不同区域中是不同的。可以依赖于照射模式来选择辐射的偏振状态。
另外，照射器IL通常包括各种其他部件，诸如，积分器IN和聚光器CO。照射器IL提供被调节的辐射束PB，在其横截面中具有所期望的均一性和强度分布。
被调节的辐射束PB的形状和(空间)强度分布由照射器IL的光学器件限定。在扫描模式中，被调节的辐射束PB可使得其在图案形成装置MA上形成大体上矩形的辐射带。辐射带可被称作曝光狭缝(或狭缝)。狭缝可具有较长尺寸(其可被称作狭缝的长度)和较短尺寸(其可被称作狭缝的宽度)。狭缝的宽度可对应于扫描方向(图1中的y方向)，狭缝的长度可对应于非扫描方向(图1中的x方向)。在扫描模式中，狭缝的长度限制了可在单次动态曝光中曝光的目标部分C的在非扫描方向上的范围。对比，可在单次动态曝光中曝光的目标部分C的在扫描方向上的范围是由扫描运动的长度确定。
术语“狭缝”、“曝光狭缝”或“带或辐射”可被替换地使用以表示由照射器IL在与光刻设备的光轴垂直的平面中产生的辐射带。所述平面可处于或接近于图案形成装置MA或衬底W处。术语“狭缝轮廓”、“辐射束的轮廓”、“强度轮廓”和“轮廓”可被互换地使用以表示尤其在扫描方向上的狭缝的(空间)强度分布的形状。
照射器IL包括两个遮蔽刀片(在图1A和图1B中示意性性地示出)。所述两个遮蔽刀片中的每个大体上平行于狭缝的长度，所述两个遮蔽刀片设置在狭缝的相反侧上。每个遮蔽刀片可在缩回位置和插入位置之间独立地移动，在缩回位置，遮蔽刀片未设置于辐射束PB的路径中；在插入位置，遮蔽刀片阻挡辐射束PB。遮蔽刀片设置于照射器IL的场平面中。因此，通过将遮蔽刀片移动至辐射束的路径中，可突然地截断辐射束PB的轮廓，因此限制辐射束PB在扫描方向上的场的范围。遮蔽刀片可用于控制曝光区域的哪些部分接收辐射。
图案形成装置MA也设置于光刻设备的场平面中。在一个实施例中，遮蔽刀片可设置成邻近图案形成装置MA，使得遮蔽刀片和图案形成装置MA两者基本上处于同一平面中。可替代地，遮蔽刀片可与图案形成装置MA分离，使得它们各自处于光刻设备的不同场平面中，且可在遮蔽刀片与图案形成装置MA之间设置合适的聚焦光学器件(未图示)。
照射器IL包括强度调整器IA(图1A中示意性地示出)。强度调整器IA能够操作以在辐射束的相对侧上衰减所述辐射束，如现在所描述的。强度调整器IA包括成对布置的多个可移动指形件，每对可移动指形件在狭缝的每侧上包括一个指形件(即，每对指形件在y方向上分离)。成对的指形件被沿狭缝的长度布置(即，在x方向上延伸)。每个可移动指形件可在扫描方向(y方向)上独立地移动。即，指形件可在与狭缝的长度垂直的方向上移动。在使用中，每个可移动指形件可在扫描方向上独立地移动。例如，每个可移动指形件可在至少缩回位置和插入位置之间移动，在回缩位置，可移动指形件未设置于辐射束的路径中；在插入位置，可移动指形件部分地阻挡辐射束。通过移动所述指形件，可调整狭缝的形状和/或强度分布。
所述场可处于指形件的半影(penumbra)中从而使得指形件并不突然地截止所述辐射束PB。所述成对指形件可用以沿着狭缝的长度应用所述辐射束PB的不同水平的衰减。
例如，指形件可用以确保横跨所述狭缝的宽度的辐射束PB的强度轮廓的积分沿着所述狭缝的长度是基本上恒定的。
射出照射器IL的辐射束PB入射在被保持在支撑结构MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上。在已横穿图案形成装置MA的情况下，束PB传递通过投影系统PL，该投影系统PL将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二衬底定位装置PW2和位置传感器IF(例如，干涉仪器件)，可以相对于框架MF准确地移动衬底台WT2，例如，以便将不同目标部分C定位在束PB的路径中。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感器(其未在图1A中被明确地示出)可以用于例如在从掩模库的机械获取之后或在扫描期间相对于框架MF准确地定位图案形成装置MA。一般而言，将借助于构成定位装置PM、PW1和PW2的部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现物体台MT和WT1、WT2的移动。可以通过使用图案形成装置对准标记Ml、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。
投影系统PL可以将缩小因子应用于辐射束PB，从而形成特征小于图案形成装置MA上的对应特征的图像。例如，可以应用为4的缩小因子。
在扫描模式中，第一定位装置PM能够操作用于相对于已通过照射器IL沿着扫描路径调节的辐射束PB来移动支撑结构MT。在一个实施例中，支撑结构MT被以恒定的扫描速度VMT在扫描方向上线性地移动。如上文所描述，狭缝被定向成使得其宽度在扫描方向(其与图1的y方向重合)上延伸。在任何情况下，由狭缝照射的图案形成装置MA上的每个点将通过投影系统PL被成像到衬底W的平面中的单个共轭点上。随着支撑结构MT在扫描方向上移动，图案形成装置MA上的图案以与支撑结构MT的速度相同的速度横跨狭缝的宽度而移动。具体地，图案形成装置MA上的每个点以速度VMT在扫描方向上横跨狭缝的宽度移动。由于所述支撑结构MT的运动，与图案形成装置MA上的每个点对应的衬底W的平面中的共轭点将在衬底台WT2的平面中相对于狭缝移动。
为了在衬底W上形成图案形成装置MA的图像，移动衬底台WT2，使得图案形成装置MA上的每个点在衬底W的平面中的共轭点相对于衬底W保持静止。衬底台WT2相对于投影系统PL的速度(幅度和方向两者)由投影系统PL的缩小率和图像反转特性(在扫描方向上)确定。具体地，如果投影系统PL的特性是使得形成于衬底W的平面中的图案形成装置MA的图像在扫描方向上反转，则应在与支撑结构MT相反的方向上移动衬底台WT2。即，衬底台WT2的运动应反向平行于支撑结构MT的运动。另外，如果投影系统PL将缩小因子α应用于辐射束PB，则由每个共轭点在给定时间段中行进的距离将比由图案形成装置上的对应点行进的距离小了α倍。因此，衬底台WT2的速度的幅度|VMT|应是|VMT|/α。
在目标部分C的曝光期间，照射器IL的遮蔽刀片可用以控制辐射束PB的狭缝的宽度，这继而限制了曝光区域分别在图案形成装置MA和衬底W的平面中的范围。即，照射器的遮蔽刀片用作光刻设备的场光阑。
在使用扫描模式的情况下，光刻设备能够操作以将衬底W的具有基本上固定的面积的目标部分C曝光于辐射。例如，目标部分C可包括管芯的一部分、一个或几个管芯。可在多个步骤中将单个晶片曝光于辐射，每个步骤涉及目标部分C的曝光，接着是衬底W的移动。在第一目标部分C的曝光之后，光刻设备可以能够操作用于使衬底W相对于投影系统PL移动，使得另一目标部分C可曝光于辐射。例如，在衬底W上的两个不同目标部分C的曝光之间，衬底台WT2可以能够操作用于移动衬底W以便定位下一目标部分，使得其准备被扫描经过曝光区域。
可替代地，所描绘的设备可用于另一模式中，其中在将被赋予至束PB的图案投影至目标部分C上的同时，保持可编程图案形成装置的支撑结构MT被保持基本上静止，衬底台WT2被移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲式辐射源，且在衬底台WT2的每次移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(诸如，如上所提及类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。
也可采用上文所描述的使用模式的组合和/或变形例，或完全不同的使用模式。
如下文进一步描述的，对准系统AS测量设置于衬底W上的对准标记(由图1B中的框P1、P2示意性地描绘)的位置，衬底W被保持于左手边的衬底台WT1上。另外，形貌测量系统TMS用以测量被保持在左手边的衬底台WT1上的衬底W的表面的形貌。第一衬底定位装置PW1和位置传感器(其未在图1A中被明确地描绘)可用以相对于框架MF(和与其连接的对准系统AS和形貌测量系统TMS)来准确地定位衬底台WT1。
形貌测量系统TMS可以能够操作用于输出指示衬底W1的高度的信号s1。对准传感器AS可以能够操作用于输出指示衬底W1或衬底台WT1上的一个或更多个对准标记的位置的信号s2。输出信号s1、s2由处理器PR接收。
由形貌测量系统TMS输出的信号s1可以由处理器PR分析，以确定衬底W1的高度。处理器PR可以用于生成衬底W1的形貌的图。处理器PR可以包括存储器，并且可以能够操作用于存储与整个衬底W1的形貌有关的信息。衬底W1的表面的形貌可以被称为高度图。在曝光衬底W期间(在图1A的右手侧)，期望将衬底W保持在投影系统PL的焦平面中。为了实现这一目的，衬底台WT2可以在z方向上移动，衬底台WT2的所述移动是依赖于衬底W的表面的形貌(如先前由形貌测量系统TMS确定的)确定的。
由对准传感器AS输出的信号s2可以由处理器PR分析，以确定衬底W1和衬底台WT1上的一个或更多个对准标记的位置。第一衬底定位装置PW1可能够操作用于移动衬底台WT1，以便将每个对准标记依次定位在对准传感器AS的下方，同时位置传感器IF(位置传感器IF或专用于测量站的另一位置传感器)测量衬底台WT1。作为初始步骤，第一衬底定位装置PW1可用于将衬底台WT1上的一个或更多个对准标记定位在对准传感器AS的下方，并确定每个对准标记的位置。随后，第一衬底定位装置PW1可用于将衬底W1上的一个或更多个对准标记定位在对准传感器AS的下方，并确定每个对准标记的位置。例如，可以记录如由位置传感器确定的衬底台WT1的位置，同时每个对准标记直接在对准传感器AS的下方。有效地，测量对准标记在衬底台WT1上的位置允许校准由位置传感器(例如传感器IF)确定的衬底台WT1的位置(相对于对准系统AS所连接到的框架MF)。测量衬底W1上的对准标记的位置允许确定衬底W1相对于衬底台WT1的位置。
处理器PR可以被认为是数字信号处理系统。处理器PR可以包括例如一个或更多个微处理器或一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)等。
除了来自对准系统AS和形貌测量系统TMS的数据以外，处理器PR也接收来自第一衬底定位装置PW1和/或来自位置传感器(例如传感器IF)的衬底台WT1的位置信息(参见图1A中的信号s3)。由于衬底(通常经由夹子)固定至衬底台WT1，故可使用来自对准传感器AS的信息将与衬底台WT1相关的位置信息转换为与衬底W相关的位置信息。
该设备可以包括光刻设备控制单元(未示出)，其控制所描述的各种致动器和传感器的所有运动和测量。光刻设备控制单元可以包括信号处理和数据处理能力，以实施与设备的操作相关的期望计算。处理器PR可以构成光刻设备控制单元的部分。实际上，光刻设备控制单元可以实现为许多子单元的系统，每个子单元处理设备内的子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。例如，一个处理子系统可以专用于伺服控制第一衬底定位装置PW1和第二衬底定位装置PW2。单独的单元甚至可以处理粗致动器和精致动器，或不同的轴。另一个单元可以专用于读出位置传感器IF(以及如果使用的话，用于测量站的另一位置传感器)。设备的整体控制可以由中央处理单元控制，与这些子系统处理单元通信，与操作员以及与光刻制造过程中涉及的其他设备通信。
图2(a)示出了分别设置在衬底W上用于测量X位置和Y位置的对准标记202、204的示例。该示例中的每个对准标记包括形成在产品层或者施加到或蚀刻到衬底中的其他层中的一系列栅条。这些栅条被规律地间隔开并用作光栅线，使得对准标记可以被视为具有充分公知的空间周期(节距)的衍射光栅。X方向对准标记202上的栅条平行于Y轴以提供X方向上的周期性，而Y方向对准标记204上的栅条平行于X轴以提供Y方向上的周期性。对准传感器AS(如图1所示)用辐射斑206(X方向)、208(Y方向)光学地扫描每个对准标记，以获得周期性变化的信号，例如正弦波。分析该信号的相位，以测量相对于对准传感器的对准标记的位置，从而测量相对于对准传感器的衬底W位置，而相继地该对准传感器相对于设备的框架MF是固定的。扫描运动由宽箭头示意性地指示，斑206或208的渐进位置以虚线指示。对准图案中的栅条(光栅线)的节距通常远大于要在衬底上形成的产品特征的节距，并且对准传感器AS使用比用于将图案施加到衬底的曝光辐射长得多的辐射波长(或通常是多个波长)。然而，可以获得精细位置信息，因为大量的栅条允许准确地测量重复信号的相位。
可提供粗标记和精标记，使得对准传感器可区分周期性信号的不同循环周期和一循环周期内的确切位置(相位)。也能够出于此目的使用具有不同节距的对准标记。这些技术再次对于本领域技术人员是公知的，且在本文中将不予以详细描述。这种传感器的设计和操作在本领域中是公知的，并且每个光刻设备可以具有其自己的传感器设计。对准传感器AS通常可以具有美国专利US6961116(den Boef等人)中描述的形式。图2(b)示出与相似的对准系统一起使用的经修改的标记，该经修改的标记的X位置和Y位置可以利用照射斑206或208通过单次光学扫描来获得。对准标记210具有相对于X轴和Y轴两者被布置成45度的栅条。可以使用在例如公开专利申请US2009/195768中所描述的技术来执行该组合的X和Y测量。
图3是已知的对准传感器AS的示意性方框图。照射源220提供具有一个或更多个波长的辐射束222，该辐射束222被斑反射镜223转向、通过物镜224而至衬底W上的对准标记(诸如对准标记202)上。如图2示意性地所示，在基于上文所提及的US6961116的本发明的对准传感器的示例中，照射对准标记202所使用的照射斑206的直径可稍微小于所述对准标记自身的宽度。
由对准标记202散射的辐射是由物镜224获取且被准直成信息携载束226。自参考干涉仪228是上文所提及的US6961116中所公开的类型，处理束226并且将(对于每个波长)分开的束输出至传感器阵列230上。此时，斑反射镜223方便地用作零阶光阑，使得信息携载束226仅包括来自对准标记202的高阶衍射辐射(这对于测量而言不是必须的，但是这改善了信噪比)。来自传感器栅格230中的单个传感器的强度信号232被提供至处理单元PU，其可以构成图1的处理器PR的部分。通过块228中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出了在衬底上的相对于参考框架RF的X位置和Y位置的值。处理单元PU可与图1所示出的控制单元LACU分离，或出于设计选择和便利起见，处理单元PU和控制单元LACU可共享同一处理硬件。在单元PU是分离的情况下，可在单元PU中执行信号处理的部分，且在单元LACU中执行信号处理的另一部分。
如已经提及的，图示类型的单一测量仅将所述对准标记的位置固定在与所述对准标记的一个节距对应的某一范围内。较粗略的测量技术可以与该单一测量结合使用，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。为了增加准确度和/或鲁棒地测量对准标记，而不管制成所述对准标记的材料以及所述对准标记位于哪些材料之上或下方，可以在不同波长重复处于较粗略的和/或较精细水平的同一过程。可以以光学的方式复用和解复用所述波长，以便同时地处理所述波长，和/或可利用分时或分频来复用所述波长。本公开中的示例将利用在几个波长下的测量来提供实用性的且鲁棒的测量设备(对准传感器)，其具有对准标记不对称性降低的灵敏度。
更详细地参考所述测量过程，图3中被标注为Vw的箭头图示了斑206横穿对准标记202的长度L的扫描速度。在此示例中，对准传感器AS和斑206实际上保持静止，而衬底W以速度Vw移动。因而，对准传感器能够刚性地且准确地安装至参考框架RF(图1)，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描所述对准标记202。在此移动中，衬底W由其在衬底台WT和衬底定位系统PW上的安装件而被控制。所示出的所有移动都平行于X轴。类似的动作适用于用斑208沿Y方向扫描对准标记204。
如公开的专利申请US 2012-0212749 A1所讨论的，光刻设备的高生产率要求需要尽可能快速地执行在衬底上的许多位置处的对准标记的测量，这意味着扫描速度Vw很快且可用于采集每个对准标记位置的时间TACQ相应地是短的。简化地来说，适用公式TACQ＝L/VW。先前的申请US 2012-0212749 A1描述一种用以赋予斑的相反扫描运动、以便延长采集时间的技术。如果期望的话，相同扫描斑技术能够被应用于这里所公开的类型的传感器和方法中。
图4图示了对准传感器的光学系统，其是上面描述的在先公开出版物US 6,961,116和US 2009/195768中描述的一个对准传感器的修改版本。这引入了离轴照射模式的选择，其中，所述离轴照射模式允许为了更高的准确度而减小对准标记的节距。光学系统还可以允许利用对准传感器执行散射仪型测量，而不是使用单独的散射仪仪器。在图4中，为了简化，省略了提供离轴和同轴模式的照射的细节。对于本公开，示出多个波长和偏振的细节是更加感兴趣的。
通过图4所示的穿过光学系统的虚线示出了具有几个分支的光轴O。为了方便与图3的示意图进行比较，图4所示的光学系统的某些部件被使用与图3中使用的附图标记相似的附图标记标示，不过使用前缀“4”来代替“2”。这样，我们看到光源420、照射束422、物镜424、信息承载束426、自参考干涉仪428和检测器布置430。来自检测器布置的信号被处理单元PU处理，该处理单元被修改以便实现下文描述的新的特征，并且为每个对准标记输出(改善的)位置测量POS。
在该更详细的示意图中图示的额外的部件如下。在照射子系统440中，来自源420的辐射经由光纤442传递到照射仿形光学器件446。其经由分束器454将输入束422传递到具有光瞳平面P的物镜424。物镜424在晶片W上的对准标记202/204/210上形成斑406。被对准标记衍射的信息承载束426穿过分束器454到达干涉仪428。干涉仪428用正交偏振将信息承载束分成两部分，将这些部分围绕光轴相对彼此旋转180°，并将它们组合成输出束482。输出束482进入下面将更详细描述的检测器布置430。
包含在本示例中的是非对称性测量布置460。布置460接收信息承载束426的通过定位在干涉仪之前的第二分束器462的一部分464。另一专利申请US 20125227061描述了使用通过检测器430获得的位置信息进行非对称性测量的技术。应该理解，非对称性测量布置460是可选的，因此在其它实施例中可以被省略。
照射仿形光学器件446可以采用各种形式，其中一些在在先专利申请US2015109624中被更为详细地公开。在该专利申请中国所公开的示例中，对准传感器(更通常地，位置测量设备)被示出，其允许使用减小的光栅节距，而对在检测器侧的空间分辨率没有要求。通过使用多种照射模式，这些设备能够使用宽范围的不同的节距测量对准标记的位置，例如从小于1μm到20μm的节距，而不改变当前的检测器设计。与在先申请US2015109624中描述的示例共有的具体特征是对在有限的入射角范围(在光瞳平面中的有限的半径范围)下使用离轴照射的选择。通过离轴照射，意味着辐射的源区域被限制至光瞳的外周部分，也就是说，距离光轴的某一距离处。将照射限制至光瞳的最外周将对准标记的最小的可能的节距，从约λ/NA减小至约λ/2NA，其中λ为使用的辐射的波长，并且NA为仪器(例如，对准传感器，或者更通常地，位置测量设备)的物镜的数值孔径。在先申请US2015109624中描述的示例还使用在设备的分束器中的斑反射镜的特殊分布，该分束器可以既提供期望的照射又作为零级衍射辐射的场阑。可以设计允许在任何X、Y和XY对准标记上进行对准而不改变照射模式的“通用”的照射轮廓，虽然这不可避免地带来性能上的某些让步和/或设备的某些复杂性。替代地，可以设计和制造专用的模式，其可选择用于与不同地欧洲标记类型一起使用。还可以选择不同的照射偏振。
该设备整体上不需要被限制为提供这些特殊的离轴照射轮廓。它可以具有其它使用模式，已知的或还待开发的，它们支持使用不同的轮廓。例如，设备可以为图2(a)和2(b)所示的不同对准标记类型提供同轴照射模式和离轴照射模式的选择。虽然离轴照射有利于与更精细的光栅一起使用，但是对于与现有的对准标记和测量方法的兼容性来说，同轴照射轮廓可以是可使用的。首先参考同轴模式的示例，如图3的已知的传感器中使用的，通过具有在另外的暗场光瞳内的中心明亮斑的同轴照射轮廓提供正交于衬底的照射。该轮廓是在该设备的照射束422中的可选设定。在该示例中，不仅期望沿着光轴返回的零级束在进入干涉仪428之前被阻挡，而且期望它被转移到非对称性测量布置460(当被提供时)。在干涉仪428之前阻挡第零级不是必须的，但是这改善了位置信号的信噪比。因此，在该实施例中，斑反射镜可以包括在第二分束器462中。第一分束器454没有被镀银，并且接受了只有约50％的中心斑的强度可以被转移到对准标记上。在替代的实施例中，在布置460被省略的情况下，该轮廓可以直接通过照射仿形器446产生，并且以其全部的强度通过在第一分束器454内的斑反射镜被传送到物镜424。可以设想各种替代方式以获得期望的轮廓。
离轴照射轮廓可以以多种方式产生，以形成实用的仪器，应当记住相对的分段对于干涉仪428应当是相干的，以产生期望的信号。特别地，当涉及宽频带源时，源辐射的相干长度/时间将非常短。即使使用单色激光源，US 6961116教导短的相干时间是优选的，例如以消除来自不期望的多种反射的干扰。因此，从所述源到每个分段的光学路径长度应当非常紧密地匹配。与期望的轮廓直接对应的孔可以放置在加宽的平行的束中，但是这会导致相对大的光损失。为了规避光损失，在上面提到的在先申请US 2015109624中提出了各种替代的解决方案。
从照射源442出射的照射在性质上可以为单色的、但是通常是宽带的，例如为白光，或者为多色的。应当理解，照射源442是能够操作用以发射电磁辐射的源。所述辐射可以包括可见光和/或可见光谱之外的电磁辐射，例如红外辐射。应当理解，在下文中，术语“辐射”与术语“光”同义，并且可以替换使用。类似地，这种辐射的波长(或者波长的范围)可以称为辐射的“颜色”，不管所述辐射是否来自可见光谱。在束中波长的多样性增加了测量的鲁棒性，如所知道的。一种已知的传感器使用例如一组四个波长，四个波长中的每一个波长都在500nm到900nm的范围内。这四个波长可以以他们的颜色名字来命名，所述名字可以是：绿(包括绿光)、红(包括红光)、近红外(包括近红外中的辐射)和远红外(包括远红外中的辐射)。在实施本发明的传感器中，可以使用相同的四个波长，或者可以使用不同的四个波长，或者比四个波长更多或更少的波长。
再次参考图4，现在将说明与使用多波长的辐射的测量有关的和与偏振效果的管理有关的设备的方面。在照射子系统440中，源420包括四个单独的光源，它们被设置为产生具有四个波长的辐射，其名称为绿(表示为G)、红(R)、近红外(N)和远红外(F)。为了方便下面的讨论，这四种不同波长的辐射将被称作四色光，为此目的它们是否处于电磁谱中的可见部分或不可见部分是不重要的。光源被线性偏振，其中G和N辐射被彼此相同地定向，并且R和F辐射被与G和N辐射的偏振正交地偏振。
四种颜色通过偏振保持光纤被传输到多路复用器502，在那里它们被组合成单一的四色束。多路复用器保持线性偏振，如箭头504所示。箭头504和图中相似的箭头被标示为G和R，以指示绿色分量和红色分量的偏振。N分量和F分量被分别与G分量和R分量相同地定向。
该组合的束经由合适的传递光学器件506进入分束器454。如已经描述的，它然后从部分反射表面或全反射表面(例如，0.5mm直径的斑反射镜)反射，该反射表面在分束器内部。物镜424将该束聚焦成窄束，该窄束被由在晶片W上的对准标记202形成的光栅反射和衍射。光被例如具有数值孔径NA＝0.6的物镜424收集。该NA值允许为每种颜色从具有16μm节距的光栅收集至少十个衍射级。
形成信息承载束426的反射的和衍射的光然后被引导到自参考干涉仪428。在该示例中，如已经描述的，该束被分束器462分开以将信息承载束的一部分464供给到非对称性测量布置460(当其被设置了时)。传送非对称性测量信息的信号466被从布置460传到处理单元PU。恰好在干涉仪前，偏振被半波片510旋转45°。从该点起，为了清楚起见，仅为一种颜色示出偏振箭头。如已经描述的和在专利US 6961116中所述的，干涉仪包括偏振分束器，在此处每种颜色的一半被传送，而每种颜色的一半被反射。然后，每一半在干涉仪内部被反射三次，旋转辐射场+90°和-90°，从而提供180°的相对旋转。然后两个场在彼此的顶部叠加，并且允许干涉。相位补偿器512被提供以补偿-90°和90°的图像的路径差。然后偏振被另一个半波片514旋转45°(其主轴被设定成相对于X轴或Y轴22.5°)。半波片510、514对波长不敏感，使得所有四个波长的偏振被旋转45°。
另一分束器516将光学信号分为两个路径，标记为A和B。一个路径包含两个旋转场的和，而另一个包含所述差。依赖于初始的偏振方向，所述和在路径A或路径B中终止。因此在该示例中，绿色和NIR信号的和信号在一个路径中终止，红色和FIR的和的信号在另一个路径中终止。对于每种颜色，对应的差信号在另一个路径中终止。应当理解，辐射源是能够操作用以发射例如电磁辐射的辐射的源。所述辐射可以包括可见光。可替代地，所述辐射可以包括除了可见光谱之外的电磁辐射，例如红外辐射。应当理解，在上面描述中，术语“辐射”与术语“光”同义。因此任何对光的提及都包括可见光之外的电磁辐射。
应当注意，该布置为每种颜色中的照射选择使用一个偏振。通过改变读数之间的偏振(或者通过在读数中时分多路传输)可以进行每种颜色两个偏振的测量。然而，为了保持高生产量、同时从颜色和偏振上的多样性获得益处，线性偏振的每种颜色以及具有一种偏振方向的颜色的一个子集和具有不同偏振方向的颜色的另一子集在多样性和测量生产量之间展现了很好的折中。为了增加多样性而不影响生产量，可以想到与这里呈现的四色方案类似、但是使用更多颜色(例如八或十六种)且具有混合偏振的实施方式。
每个路径A和B的光被各自的收集器透镜组件484A和484B收集。然后它穿过孔518A或518B，所述孔消除了来自衬底上的斑外部的大部分的光。两个多模纤维520A和520B将每个路径的被收集的光传输到各自的多路分解器522A和522B。多路分解器522A和522B将每个路径分为原始的四种颜色，使得总共八个光学信号被传递到检测器布置430中的检测器430A和430B。在一个实际的实施例中，光纤布置在从多路分解器和检测器电路板上的八个检测器元件之间。在该示例中的检测器不提供空间分辨率，但是当设备扫描衬底W上的对准标记202时为每种颜色传递随时间变化的强度信号IA和IB。所述信号实际上是依赖位置的信号，但是作为与设备和对准标记之间的物理扫描运动(回顾图3)同步的随时间变化的信号(波形)被接收。
处理单元PU从八个检测器接收强度波形，并且如在已知的设备中一样处理它们，以提供位置测量POS。因为基于不同的波长和入射偏振有八个信号供选择，因此该设备可以在绝大多数的情形下获得可用的测量值。就这一点而言，应当记住，对准标记202可以被埋在不同材料和结构的多个层下面。一些波长将比其它波长更好地穿透不同的材料和结构。传统地，处理单元PU处理所述波形并且基于提供最强位置信号的那个提供位置测量值。其余的波形可以被放弃。在简化的实施方式中，对于每个测量任务的“选配方案”可以基于目标结构的在先知识和试验调查规定使用哪个信号。在更先进的系统中，可使用“颜色动态”或“平滑颜色动态”算法进行自动的选择，以识别最佳的信号，而不需要在先的知识。这由Jeroen Huijbregtse等人在“Overlay Performance with Advanced ATHENATM AlignmentStrategies,Metrology,Inspection,and Process Control for MicrolithographyXVII,Daniel J.Herr,Editor,Proceedings of SPIE Vol.5038(2003)的论文中进行了描述。
每个透镜484A、484B将整个场聚焦在每个检测器430A、430B的每个元件上，每个检测器430A、430B是与图3的已知的对准传感器相似的布置。在该示例中和在已知的对准传感器中的检测器是有效的单一的光电二极管，并且除了通过已经描述的扫描运动之外，不提供任何空间信息。如果期望，可以在共轭的光瞳平面中增加具有空间分辨率的检测器。这例如可以允许通过使用准传感器硬件进行角度分辨的散射方法。
如果例如期望使用两个不同的偏振测量位置，那么对准标记可能需要被扫描多于一次。也可能需要在扫描XY对准标记的中途切换照射模式。然而，在其它实施例中，使用光学信号的多路复用，使得可以同时进行两个测量。类似地，多路复用技术可以被应用，使得在不切换照射模式的情况下，可以扫描和测量XY对准标记的不同部分。执行这种多路复用技术的一个简单的方法是通过频率划分多路复用。在该技术中，来自每对斑和/或偏振的辐射被使用特征频率调制，被选定为远高于承载位置信息的随时间变化的信号的频率。到达每个检测器430A、430B的被衍射和处理后的光学信号将是两个信号的混合，但是它们可以使用被调谐到源辐射的各自频率的滤波器被以电学的方式分开。还可以使用时分多路复用技术，但是这将需要源和检测器之间准确的同步。在每个频率下的调制可以为例如简单的正弦波或方波。
如果期望用圆偏振照射对准标记，无论对于位置感测或一些其它形式的量测，可以在分束器454和物镜424之间插入四分之一波片(未示出)。这具有使线性偏振变成圆偏振(并且在由对准标记衍射后再次将它变回)的效果。斑位置根据对准标记的方向如以前一样被选择。圆偏振的方向(顺时针/逆时针)可以通过在照射源420、光纤422或照射仿形光学器件446中选择不同的线性偏振而被改变。
在Huijbregtse等人的论文中还描述了在复合目标中使用多个光栅。每个光栅具有不同的轮廓，例如增强了更高的衍射级(第三级、第五级、第七级)。位置测量可以从这些光栅中的不同的光栅、以及在单个的光栅上的不同的颜色信号获得。在本公开中，假设有具有简单的栅条图案、但是具有分段的特征的单一光栅。技术人员可以容易地将本公开扩展以设想到具有带有不同图案的多个光栅的实施例。
图5是根据本发明的实施例的超连续谱辐射源600的示意图。超连续谱辐射源600包括辐射源610、照射光学器件620、多个波导630a-630n和收集光学器件640。
辐射源610可操作以产生脉冲辐射束。在下文中，辐射源610可以被称为泵浦辐射源610，脉冲辐射束612可以被称为泵浦辐射束612。应当理解，脉冲辐射束612包括多个顺序的、离散的和时间上分开的辐射脉冲。脉冲辐射束通常可以具有大致恒定的脉冲频率，其可以是20-80MHz的量级。泵浦辐射源610可包括激光器。例如，激光器可以包括锁模激光器。合适的激光器可包括光纤激光器，诸如例如掺镱(Yb掺杂)光纤激光器。其他合适的激光器可包括钛蓝宝石(Ti：蓝宝石)激光器。各个辐射脉冲可以具有0.1-1皮秒量级的持续时间。
照射光学器件620布置成接收脉冲泵浦辐射束612并形成多个脉冲子束622a-622n。每个脉冲子束622a-622n包括脉冲泵浦辐射束612的一部分。多个波导630a-630n中的每一个被布置成接收多个脉冲子束622a-622n中的至少一个。在图5所示的实施例中，多个波导630a-630n中的每一个被布置成接收多个脉冲子束622a-622n中的不同的一个。例如，多个波导的第一波导630a接收多个脉冲子束的第一脉冲子束622a，多个波导的第二波导630b接收多个脉冲子束的第二脉冲子束622b。以这种方式，脉冲泵浦辐射束612以被动方式被分成多个部分，每个部分由多个波导中的一个波导接收，并且脉冲泵浦辐射束612的功率被分散到多个波导上。
多个波导630a-630n中的每一个被布置成使得当其对应的脉冲子束622a-622n传播通过波导630a-630n时，该脉冲子束622a-622n的光谱被加宽，从而生成超连续谱子束632a-632n。因此，超连续谱辐射源600包括多个波导630a-630n，其具有合适的非线性光学属性，以允许在多个波导630a-630n中的每一个中产生超连续谱。
应当理解，这里使用的术语“波导”是指被配置为引导波(特别是电磁波)的结构。这种波导可以构成集成光学系统的一部分，即，它可以设置“在芯片上”。可替代地，这种波导可以是自由空间波导。自由空间波导包括各种不同类型的光纤，包括例如光子晶体光纤。
收集光学器件640被布置成从多个波导630a-630n接收超连续谱子束632a-632n并将它们组合以便形成超连续谱辐射束Bout，其由超连续谱辐射源600输出。
超连续谱辐射源600可以特别适合在对准标记测量系统内使用。例如，超连续谱辐射源600可以分别对应于图2和4中所示的照射源220、420，并且超连续谱辐射束Bout可以对应于辐射束222、422。然而，超连续谱辐射源600也可以是适合在其他光学测量系统内使用，例如在半导体检查设备中使用。超连续谱辐射源600的应用的其他示例是光纤检查、干涉量测或光谱学、医学应用，诸如光学相干层析成像、共聚焦显微镜等。
超连续谱辐射源600可以操作以产生具有相对宽谱的超连续谱辐射束Bout。例如，超连续谱辐射束Bout可以具有从可见范围延伸到远红外的光谱，例如光谱可以从400nm延伸到2500nm。这种辐射束Bout对于对准标记测量系统特别有用，例如图3和4中所示的对准传感器。
使用多个波导630a-630n进行超连续谱产生的一个优点是超连续谱辐射源600具有一定水平的冗余，并且即使在多个波导630a-630n中的一个波导失效的情况下仍然可以在某种程度上进行操作。
当辐射脉冲传播通过波导时，由于各种非线性光学效应而形成超连续性。由于这些效应固有的非线性性质，即使产生这些脉冲的泵浦辐射源是稳定的，使得其输出辐射束基本上没有脉冲到脉冲的变化，超连续谱辐射源通常会经受频谱噪声、脉冲到脉冲波动和输出模式的波动。
超连续谱辐射源600提供一种布置，其中产生多个超连续谱632a-632n(多个波导630a-630n中的每一个波导中产生一个)并且将其叠加(通过收集光学器件640)。这种布置优于现有技术的布置，因为不同的单个超连续谱632a-632n内的噪声和脉冲到脉冲的变化将至少部分地相互抵消。因此，该布置提供了一种适用于对准标记测量系统的类型的宽谱辐射源，其具有比现有技术的布置更稳定的输出。
通常，假设辐射强度(即每单位面积的功率)低于该波导的阈值，波导将能够支持辐射。如果具有高于阈值的强度的辐射被耦接到波导，则波导可能被损坏。通过将脉冲泵浦辐射束612分成多个子束622a-622n，每个子束通过不同的波导传播以产生超连续谱，所述超连续谱辐射源600允许脉冲泵浦辐射束612的功率被分散到多个波导630a-630n上。这意味着，对于所述源的给定的期望输出功率，多个波导630a-630n中的每一个波导的横截面面积可以相对于现有技术的超连续谱源中的单个波导的横截面面积被减小。
可能期望提供具有相对高输出功率的宽带辐射源，例如1W量级的输出功率。通过使用例如光子晶体光纤作为非线性光学介质，具有该量级的输出功率的已知超连续辐射源是可行的。
在本发明的一些实施例中，即使对于相对亮的超连续谱辐射源600(例如，具有1W或更高量级的功率)，波导的尺寸可以充分减小以使得波导可以包括集成光学器件。也就是，波导可以设置在芯片上(例如，作为集成光学系统)，并且可以使用半导体制造技术形成。例如，超连续谱辐射源600可以具有1W量级的输出功率。为了实现这一点，泵浦辐射源610可以提供大约2-10W或稍微更大的输入功率，以便考虑到通过超连续谱辐射源600的功率损失。超连续谱辐射源600可包括为1000个的量级的波导630a-630n，使得每个波导630a-630n支持具有1mW量级的功率的子束622a-622n(例如，在2-10mW的范围)。功率约为1mW量级的辐射束可以允许波导630a-630n的尺寸充分减小以使得波导630a-630n可以包括集成光学器件。
图6a示出了在垂直于波导650的光轴的平面(x-y平面)(即，在垂直于辐射在使用中传播通过波导650所沿的方向的平面中)中作为集成光学系统651的一部分提供的波导650的一部分的横截面图。图5中所示的多个波导630a-630n中的任何一个或全部通常可以具有波导650的形式。
波导650由合适的非线性光学材料(例如氮化硅(Si3N4))形成，并且由包覆材料652(诸如例如硅或二氧化硅(SiO2))围绕。
应当理解，波导650通常在垂直于图6a的平面的方向(即z方向)上延伸。波导650的横截面形状和尺寸沿在z方向的范围是大致恒定的。为了图示这一点，图6b示出了图6a中所示的波导650的一部分的局部横截面图，其中未示出包覆材料652。
波导650可以具有1μm量级或更小的宽度653，并且可以具有几百nm量级的高度654。波导可以在z方向上延伸几毫米量级的距离。
可以至少部分地使用半导体制造技术形成波导650。例如，可以将抗蚀剂层施加到由包覆材料652形成的衬底上，并且可以使用光刻技术使抗蚀剂图案化。然后，这可以用于选择性地在包覆材料652中蚀刻出沟槽以容纳波导650。注意，可以将抗蚀剂图案化成使得可以在蚀刻过程期间同时形成多个沟槽(每个沟槽用于容纳不同的波导)。例如，超连续谱辐射源的多个波导630a-630n可以形成在共用的衬底上。可以通过将材料(例如氮化硅)沉积到在蚀刻过程期间形成的沟槽中来形成波导650。例如，可以沉积氮化硅，例如使用低压化学气相沉积(LPCVD)技术，以便由氮化硅形成高品质的固体波导650。最后，可以在波导650和周围的包覆材料652之上施加一层包覆材料652，以便将波导650完全包围在包覆材料652中。
芯片上的波导(例如图6a和6b中所示的波导650的形式)通常具有较小的相互作用长度，在该相互作用长度上，导致超连续谱产生的非线性过程可以起作用，而不是例如用于产生超连续谱的自由空间波导(例如，光子晶体光纤)。例如，芯片上的波导(例如图6a和6b中所示的波导650的形式)可以具有10mm或更短的长度。
反过来，相对于现有技术的超连续谱源中的单个波导的噪声和脉冲到脉冲的变化，这减少了由多个波导630a-630n中的每一个波导产生的超连续谱632a-632n的噪声和脉冲到脉冲的变化。
因此，超连续谱辐射源600允许噪声和脉冲到脉冲变化的输出中的双重改善。可以在比现有技术的布置更稳定的输出(对于给定的总输出功率)的情况下生成每个单独的超连续谱632a-632n，此外，将多个超连续谱632a-632n组合以至少部分地平均噪声和脉冲到脉冲的波动。
此外，芯片上的波导的属性允许超连续谱辐射源600受益于对超连续谱辐射源600输出的超连续谱辐射束Bout的更好的模式控制和偏振控制。提供这些益处的芯片上的波导的属性包括：芯片上的波导的相对短的相互作用长度、(在波导材料和包覆材料之间)集成光学器件的折射率对比度以及芯片上的波导的制造技术。
照射光学器件620和收集光学器件640可以采用多种不同形式中的任何一种，如现在参考图7、8a、8b、9a和9b所讨论的。
图7示出了图5的超连续谱辐射源600的第一实施例700。在图7所示的实施例中，作为示例，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。在该第一实施例中，照射光学器件620和收集光学器件640都由波导系统(其可以是集成光学器件或光纤)实现。
照射光学器件620包括一级波导721、两个二级波导722、723和四个三级波导724-727。一级波导721接收泵浦辐射束612并耦接到两个二级波导722、723，例如使得两个第二波导722、723中的每一个接收泵浦辐射束612的一半功率。反过来，两个二级波导722、723中的每一个分别耦接到三级波导724、725和726、727中的两个，例如使得四个三级波导724-727中的每一个接收泵浦辐射束612的四分之一功率。四个三级波导724-727中的每一个耦接到四个产生超连续谱的波导630a-630d中不同的一个。
图7中所示的照射光学器件620包括多级(水平)或多段的波导，每级或每段的波导数量为前一级的波导数量的两倍。例如，一级波导721可以被认为是第一级，二级波导722、723可以被认为是第二级，三级波导724-727可以被认为是第三级。如上所述，在图7所示的实施例中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d，因此该照射光学器件包括三级。
在该示例性实施例中，照射光学器件620的给定级的每个波导内的辐射耦接到下一级上的两个波导，使得下一级上的两个波导中的每一个接收辐射的一半功率。应当理解，辐射可以以各种不同方式在下一级上的两个波导之间分开。例如，来自特定级上的波导的辐射的功率的不同部分可以耦接到下一级上的每个波导中。此外，在替代实施例中，给定级的每个波导内的辐射可以耦接到下一级上的多于两个波导，使得下一级上的多于两个波导中的每一个接收辐射的功率的期望的分数。
收集光学器件640包括四个一级波导741-744、两个二级波导745、746和一个三级波导747。一级波导741-744中的每一个接收由波导630a-630d中的一个输出的超连续谱子束632a-632d中的不同的一个。两个二级波导745、746中的每一个分别耦接到一级波导741、742和743、744中的两个，使得两个二级波导745、746中的每一个接收并组合超连续谱子束632a-632d中的两个。三级波导747耦接到两个二级波导745、746，使得三级波导747接收并组合所有四个超连续谱子束632a-632d。
图7中所示的收集光学器件640包括多级波导，每级的波导具有与前一级的波导一半一样多的波导。例如，一级波导741-744可以被认为是第一级，二级波导745、746可以被认为是第二级，三级波导747可以被认为是第三级。如上所述，在图7所示的实施例中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d，因此收集光学器件包括三个级。
在该示例性实施例中，收集光学器件640的给定级的每个波导内的辐射耦接到下一级上的两个波导，使得下一级上的两个波导中的每一个接收辐射的一半功率。应当理解，辐射可以以各种不同方式在下一级上的两个波导之间分开。例如，来自特定级的波导的辐射的功率的不同部分可以耦接到下一级上的每个波导中。此外，在替代实施例中，给定级的每个波导内的辐射可以耦接到下一级上的多于两个波导，使得下一级上的多于两个波导中的每一个接收辐射的期望分数或比例的功率。
在图7所示的实施例中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。当然可以理解，这种布置可以扩展成包含多于四个产生超连续谱的波导。对于本领域技术人员显而易见的是，可以通过提供与图7中所示相同的一般形式但每个都具有多于三个级的波导的照射光学器件和收集光学器件来实现这种扩展。
构成照射光学器件620和收集光学器件640的波导721-727和741-747可以是单模或多模波导。
此外，构成照射光学器件620和收集光学器件640的波导721-727和741-747可包括集成光学器件、自由空间光学器件或两者的组合。如上所述，在一些实施例中，超连续谱辐射源600可以包括1000量级的波导630a-630n。这些波导630a-630n中的每一个可以例如支持具有1mW量级的功率的子束622a-622n。对于这样的实施例，图7中所示的照射光学器件和收集光学器件的一般形式可以扩展成使得存在多于三级的波导。例如，每个照射光学器件和收集光学器件可以包括11级的波导，每级的数量与前一级的数量相差2倍。这样的布置允许存在1024(210)个产生超连续谱的波导630a-630n。通常，照射光学器件620和收集光学器件640中具有足够低功率的多个级的波导可以被实施为集成光学器件。例如，离产生超连续谱的波导630a-630n最近的多个级的波导可以实施为集成光学器件。通常，照射光学器件620和收集光学器件640中具有足够高功率以使其不能作为集成光学器件来实现的多个级的波导可以实施为自由空间光学器件。例如，离产生超连续谱的波导630a-630n最远的多个级的波导可以实施为集成光学器件。
如上面所讨论的，在替代实施例中，给定级的每个波导内的辐射可以耦接到下一级上的多于两个波导，使得下一级上的多于两个波导中的每一个接收辐射的期望比例的功率。在一个实施例中，照射光学器件620和收集光学器件640可以被实现为使得单个波导耦接到产生超连续谱的波导630a-630n中的每一个。然而，其中照射光学器件620和收集光学器件640中的每个包括多个不同级的上述布置可以更容易实现，特别是对于包括大量的产生超连续谱的波导630a-630n的实施例(例如，1000的量级)。
图8a和8b示出了图5的超连续谱辐射源600的第二实施例800的两个变形例。
在图8a和8b所示的实施例800中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。与图7中所示的实施例700一样，这仅仅是为了提供该实施例800的具体图示示例，而图8a、8b的实施例800如何可以扩展成具有多于(或少于)四个产生超连续谱的波导的实施例，这对于技术人员来说是清楚的或明了的。在该第二实施例中，照射光学器件620和收集光学器件640二者都由透镜系统实现。
图8a和8b中的照射光学器件620包括准直光学器件821和聚焦光学器件822。
准直光学器件821包括聚焦透镜(例如，凸透镜)，其被布置成从泵浦辐射源610接收泵浦辐射束612、使泵浦辐射束612准直并将其引导到聚焦光学器件822上。特别地，准直光学器件821可以布置成基本上均匀地照射聚焦光学器件822。
聚焦光学器件822布置成将泵浦辐射束612的不同部分光学地耦接到四个产生超连续谱的波导630a-630d中的每一个。特别地，聚焦光学器件822被布置成将泵浦辐射束612的不同部分聚焦到四个产生超连续谱的波导630a-630d中的每一个的入口处或附近的焦点。为了实现这一点，聚焦光学器件822包括聚焦透镜的阵列822a-822d，每个聚焦透镜被布置成将泵浦辐射束612的不同部分聚焦到四个产生超连续谱的波导630a-630d中的每一个的入口处或附近的焦点。聚焦透镜阵列822可包括一维阵列或二维阵列。每个聚焦透镜822a-822d可包括例如球面透镜。每个单独的聚焦透镜822a-822d可以包括微透镜。微透镜可以是直径小于1mm的透镜。
通常，聚焦光学器件822可以使用集成光学器件或自由空间光学器件来实现。应当理解，其中聚焦光学器件822包括聚焦微透镜822a-822d的阵列的上述实施例仅是合适的聚焦光学器件822的一个示例。该聚焦微透镜822a-822d的阵列可以被相对简单地实现。由于泵浦辐射束612可以是单色的，在替代实施例中，聚焦光学器件822可以包括光学系统，该光学系统被布置为产生包括最大值阵列的衍射图案，每个最大值与产生超连续谱的波导630a-630d中的一个重合。这些最大值可以每个都包括泵浦辐射束612的不同部分，并且可以聚焦到四个产生超连续谱的波导630a-630d中的每一个的入口处或附近的焦点。用于实现这种聚焦光学器件822的合适的光学系统可包括以下中的一个或更多个：衍射光栅、空间光调制器(SLM)或菲涅耳透镜阵列。
图8a和8b中的收集光学器件640包括准直光学器件841和聚焦光学器件842。
准直光学器件841包括聚焦透镜(例如，凸透镜)，其被布置成从多个波导630a-630n中的每一个接收超连续谱子束632a-632n并使它们准直。在替代实施例中，准直光学器件841可包括任何多色的聚焦光学器件，包括凹面反射镜。准直光学器件841被布置成使得如此准直的超连续谱子束632a-632n在空间上相邻，以致它们被有效地组合以便形成超连续谱辐射束Bout，其由超连续谱辐射源800输出。
准直光学器件841被布置成将超连续谱辐射束Bout引导到聚焦光学器件842上。反过来，聚焦光学器件842被布置成将超连续谱辐射束Bout光学耦接到光纤850，其可以将超连续谱辐射束Bout引导到使用超连续谱辐射束Bout的设备(例如对准传感器)。聚焦光学器件842包括聚焦透镜，例如凸透镜。
在图8a和8b中所示的实施例800中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。当然可以理解，这种布置可以扩展成包含多于四个产生超连续谱的波导。
光纤850可以是单模或多模波导。在图8a所示的布置中，聚焦光学器件842直接耦接到光纤850中。这种布置可适用于超连续谱辐射束Bout的多模输出。在图8b所示的布置中，聚焦光学器件842经由针孔孔(pinhole aperture)851耦接到光纤850中。这种布置可适用于超连续谱辐射束Bout的单模输出。针孔孔851用作空间滤波器。这种针孔孔或单模波导可用作波前滤波器。针孔孔851可以布置成消除被聚焦的波的高空间频率波前缺陷。有利地，这种针孔孔851的衰减相对地独立于辐射的波长，使得针孔孔851不会显著影响超连续谱辐射束Bout的光谱的整体形状。
图9a和9b示出了图5的超连续谱辐射源600的第三实施例900的两个变形例。
在图9a、9b所示的实施例900中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。与图7中所示的实施例700一样，这仅仅是为了提供该实施例900的具体图示示例，而图9a、9b的实施例900如何可以扩展成具有多于(或少于)四个产生超连续谱的波导的实施例，这对于技术人员来说是明了的。在该第二实施例中，照射光学器件620和收集光学器件640二者都由光纤或波导系统实现。
照射光学器件620通常具有如上所述的图7中所示的形式，这里将不再进一步描述。
收集光学器件640包括四个透镜光纤941-944。每个透镜光纤941-944(也称为锥形光纤)耦接到产生超连续谱的波导630a-630d中的不同的一个，使得它接收由该波导630a-630d输出的超连续谱子束632a-632d。这种布置是有益的，因为这种透镜光纤941-944与产生超连续谱的波导630a-630d之间的耦接是特别有效的。透镜光纤941-944可以与产生超连续谱的波导630a-630d的基模匹配。
四个透镜光纤941-944全部光学耦接到输出光纤950，使得超连续谱子束632a-632d中的每一个从四个透镜光纤941-944中的一个传播到输出光纤950。这可以使用可以包括例如一个或更多个熔融的光纤光学耦接件的耦接件945来实现。
耦接件945被布置成使得超连续谱子束632a-632d被有效地组合以便形成超连续谱辐射束Bout，其通过超连续谱辐射源900经由输出光纤950输出。
在图9a和9b中所示的实施例900中，仅示出了四个产生超连续谱的波导630a-630d。当然可以理解，这种布置可以扩展成包含多于四个产生超连续谱的波导。
光纤950可以是单模或多模波导。在图9a所示的布置中，输出光纤950是适合于输出多模超连续谱辐射束Bout的多模光纤。在图9b所示的布置中，在耦接件945之后，输出光纤950设置有针孔孔951。以这种方式，来自(多模)光纤950的输出可以通过针孔孔951进行空间滤波。针孔孔951可以靠近光纤950的一端设置，并且从四个透镜光纤941-944传播的超连续谱子束632a-632d可以聚焦在针孔孔951处或附近。例如，这可以使用设置在透镜光纤941-944和针孔孔951之间的聚焦光学器件(例如透镜)来实现，以将光耦接到光纤950。这种布置可适用于超连续谱辐射束Bout的单模输出。
在本发明的一些实施例中，收集光学器件640可包括一个或更多个光混合棒。光混合棒可以例如通常具有公开的专利申请WO2013/088295和WO2013/114259中公开的形式。例如，光混合棒可以包括由美国新思科技公司(Synopsys)的光学解决方案组、美国巴林顿(Barmington USA)的埃德蒙光学有限公司(Edmund Optics Inc.)或德国美因兹的肖特股份有限公司的照明与影像部门(SCHOTT AG Lighting and Imaging)销售的产品之一。轻混合棒是挤压形成的棒，其利用多次内部反射来使光束均匀化。典型的光混合棒由透明塑料制成，处于直径为1厘米、长度为10厘米的量级。不均匀的光束在其中一端进入混合棒，沿混合棒的长度全内反射(多次)并从混合棒的相对端离开。发射的光束通常比入射束更均匀。混合性能很大程度上依赖于混合棒的横截面形状。传统的混合棒具有例如圆形、正方形或六边形，并导致一般程度的混合。光混合棒可以是例如细长元件，其包括的横截面形状(横向于其长度)既不是圆形也不是正多边形，而是例如混乱的台球横截面形状。如公开的专利申请WO2013/088295和WO2013/114259中所公开的，这些混合棒导致明显增强的非相干光束的均匀化。
光混合棒是挤压形成的棒，其利用多次内部反射来使光束均匀化。这些已知的光学元件适合于组合和/或混合多个输入束并形成均匀的输出束。由于光混合棒包括散射材料，它们可以导致超连续光辐射源600输出的辐射脉冲的时域变宽。典型的光混合棒由透明塑料制成，处于直径为1厘米、长度为10厘米的量级。在其一端进入混合棒的不均匀光束沿混合棒多次全内反射，并在混光棒的相对端离开混合棒。离开光混合棒的光束轮廓通常比入射束更均匀。混合性能依赖于混合棒的横截面形状。光混合棒的横截面可以是例如圆形、正方形或六边形。这种布置可能导致一般程度的混合。例如，可以使用混乱的台球横截面形状实现更高水平的光混合。这种混合棒(使用混乱的台球横截面形状)导致非相干光束的显著增强的均匀化。
图7、8a、8b、9a和9b中所示的布置700、800、900示出了照射光学器件620和收集光学器件640的示例，照射光学器件620提供从泵浦辐射源610到产生超连续谱的波导630a-630n的无源耦接；收集光学器件640提供在产生超连续谱的波导630a-630n与超连续谱辐射源600的输出之间的耦接。应当理解，照射光学器件620和收集光学器件640不限于这些实施例，并且其中一个或两个可以是由替代光学耦接件实现。特别地，上述在图7、8a、8b、9a和9b中描述的两个或更多个光学耦接件可以根据期望进行组合。
应当理解，辐射源是能够操作用以发射电磁辐射之类的辐射的源。所述辐射可以包括可见光。因此，应当理解，术语“辐射”可以与术语“光”同义。
尽管已经具体提及了利用位置测量设备的对准方法，但是应该理解，这里描述的测量非对称性的方法也可以用于测量衬底的多个层之间的叠加。例如，当测量衬底的不同层的粗糙特征和精细特征之间的重叠时，可以应用该方法。
尽管在本文中在对准测量系统的背景下具体提及了根据本发明的辐射源的实施例，但是辐射源的实施例也可以有利地用在其他光学测量系统中，例如，通常在半导体检查设备中。此外，根据本发明的辐射源是产生具有相对低噪声的宽频谱的超连续谱源，可以有利地应用于除光刻术之外的其他技术领域，诸如例如医学断层摄影、光纤或部件衰减的测量、干涉量测或光谱学、光学相干断层扫描、共聚焦显微镜、纳米技术、生物医学、消费类电子产品等。
尽管在本文中在光刻设备的背景下具体提及了本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他设备。根据本发明的实施例的辐射源可以例如用于医学应用，例如作为医学装置内的量测系统的一部分。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备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。
应当理解，控制对准传感器、处理由它检测的信号以及根据这些适于用于控制光刻图案形成过程中的信号位置测量进行计算的处理单元PU，将通常地包括某种计算机组件，其将不再详细描述。计算机组件可以是在光刻设备外面的专用的计算机，它可以是处理单元或专用于对准传感器的单元，或者替代地，它可以是作为一个整体控制光刻设备的中央控制单元LACU。该计算机组件可以被布置成用于装载包括计算机可执行代码的计算机程序产品。当该计算机程序产品被下载时，这可使计算机组件控制具有对准传感器AS的光刻设备的前述使用。
虽然本文具体提及的是光刻设备用于集成电路的制造中，但是，应该理解，这里所述的光刻设备可以具有其他应用，例如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。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在可应用的情况下，可以将此处的公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管上面已经在光学光刻术的上下文下具体提及了根据本发明的实施例的使用，但是应当理解，这些实施例可以用于其他应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下，不限于光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到提供给衬底上的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过应用电磁辐射、热、压力或者它们的组合被固化。在抗蚀剂被固化之后该图案形成装置被移出抗蚀剂，在其中留下图案。
这里所用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括红外辐射(例如具有800nm-2.5μm的波长)、可见辐射(例如具有380nm-800nm的波长)、紫外(UV)辐射(例如具有365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)。在例如使用图1A所示的光刻设备曝光衬底的上下文中，术语“辐射”和“束”可以包括：紫外(UV)辐射(例如具有365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束在由图5所示的超连续谱辐射源600输出超连续谱辐射束Bout的上下文中，术语“辐射”和“束”可以包括：红外辐射(例如具有800nm-2.5μm的波长)和可见辐射(例如具有380nm-800nm的波长)。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采取包含一个或更多个描述上述方法的机器可读指令序列的计算机程序或于其中存储该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。
以上的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域的技术人员来说显然的是，在不背离下面阐述的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (10)

1.一种超连续谱辐射源，包括：
照射光学器件，布置成接收脉冲泵浦辐射束并形成多个脉冲子束，每个脉冲子束包括所述脉冲泵浦辐射束的一部分；
多个波导，每个波导布置成接收多个脉冲子束中的至少一个，并且加宽所述脉冲子束的光谱，以便产生超连续谱子束；以及
收集光学器件，布置成从所述多个波导接收超连续谱子束并将它们组合以形成超连续谱辐射束。
2.根据权利要求1所述的超连续谱辐射源，其中，所述多个波导包括集成光学器件。
3.根据权利要求2所述的超连续谱辐射源，其中，所述多个波导由氮化硅(Si3N4)形成，并且被包覆材料或硅或二氧化硅(SiO2)包围。
4.根据权利要求2或3所述的超连续谱辐射源，其中，所述多个波导形成在共同的衬底上。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的超连续谱辐射源，其中，所述多个波导的宽度为1μm或更小的量级，高度为500nm或更小的量级。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的超连续谱辐射源，其中，所述多个波导中的每一个具有10mm或更小的长度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱辐射源，其中，所述脉冲泵浦辐射束的功率分散在所述多个波导上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱辐射源，其中，所述超连续谱辐射束具有包括在400至2600nm波长范围内的辐射的光谱。
9.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱辐射源，包括100个或更多个波导。
10.根据前述权利要求中任一项所述的超连续谱辐射源，其中，所述照射光学器件和/或所述收集光学器件包括多组波导，所述多组波导按顺序排序，并且其中来自每组波导的波导光学耦接到在所述顺序中的下一组波导中的多个波导。
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