CN114008530A - 光源及控制方法；用于测量应用的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了光源和控制光源的方法，以及在测量应用中使用的装置和方法，特别是例如在光刻设备中的量测应用中。该方法和装置提供了用于检测和/或校正光源的变化，特别是随机变化的机制。反馈或前馈方法可用于校正光源和/或量测输出。一种控制发射光谱随时间变化的光的光源的光谱输出的示例性方法包括以下步骤：确定从光源发射的光的光谱的至少一个特性；并且使用所确定的特性来控制光谱输出。

Description

光源及控制方法；用于测量应用的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月16日提交的EP申请19186446.1和2019年8月28日提交的EP申请19193972.7的优先权，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及光源和控制它们的方法，并且涉及用于测量应用中的装置和方法，特别是用在例如在光刻设备中量测中。
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。光刻设备可以例如在图案形成装置(例如，掩模)处将图案(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。
为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。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4-20nm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。
量测设备可用于测量衬底上的感兴趣结构的参数。例如，量测设备可用于测量诸如以下的参数：临界尺寸、衬底上的层之间的重叠和衬底上的图案的不对称性。测量辐射射线被用于照射衬底。辐射被衬底上的结构衍射。衍射辐射被物镜收集并且被传感器捕获。
测量辐射射线由光源发射的光提供。该光经由分束器和收集来自衬底的衍射辐射的物镜而引导到衬底上。
用于量测应用的一种可能的光源是超连续谱光源，例如基于调制不稳定性或类似的非线性效应。然后对这些宽带源进行带通滤波以产生用于量测过程的窄带源。
然而，由于基础物理机制在本质上是随机的，所以这种光源可能产生固有的、不可避免的光谱噪声，这可能劣化量测传感器的性能，尤其是当期望较短的测量时间时。特别地，过滤光的光谱和中心波长将在发射之间发生变化。用于量测的光的波长变化可能导致重叠误差。输出光谱波动的类似问题也存在于其它光源。
发明内容
例如，希望提供用于检测和/或校正光源中的变化，特别是随机变化的机制。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制光源的光谱输出的方法，该光源发射光谱随时间变化的光，该方法包括以下步骤：确定从该光源发射的光的光谱的至少一个特性；并且使用所确定的特性来控制该光谱输出。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用光源执行测量的方法，该光源发射光谱随时间变化的光，该方法包括以下步骤：确定从该光源发射的光的光谱的至少一个特性；利用来自该光源的光照射测量目标并且测量来自该光源的光以产生测量信号；并且使用所确定的特性来处理该测量信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种光源，该光源发射光谱随时间变化的光，该光源包括：光谱仪，其被布置为测量从该光源发射的光的光谱的特性；以及控制器，其被布置为基于该光谱仪测量的特性来控制该光源的输出。
根据本发明的另一方面，提供了一种量测设备，该设备包括：光源，其发射被布置为照射量测目标的光谱随时间变化的光；光谱仪，其被布置为测量从该光源发射的光的光谱的特性；传感器，其被布置为测量来自该量测目标的光并且产生量测信号；以及控制器，其被布置为控制该光源的输出并且处理来自该传感器的信号，其中该控制器进一步被布置为基于由该光谱仪测量的特性来控制该光源的输出或者处理该量测信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种光刻设备，其包括根据上述方面的光源或根据上述方面的量测设备。
附图说明
现在将参考所附示意图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1示出了光刻设备的示意概述图；
图2示出了光刻单元的示意概述图；
图3示出了整体光刻的示意表示图，以表示用于优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；
图4A和4B分别3示出了对准传感器和水平传感器的示意框图；
图5示出了每个样本的脉冲数量变化时的典型充气超连续谱光源的中心波长变化的统计平均值的标准偏差；
图6是在光刻过程中使用的量测应用的示意概述图；
图7示出了可用于本发明的实施例中的干涉仪；
图8示出了图7的干涉仪的输出；
图9是根据本发明的实施例的量测应用的示意概述图；
图10示出了没有反馈情况下的光源输出的模拟结果；
图11示出了根据本发明的实施例的光源输出的模拟结果；以及
图12示出了根据本发明的另一实施例的光源输出的模拟结果。
具体实施方式
在本文档中，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(极紫外线辐射，例如，波长在约5-100nm的范围内)。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指通用图案形成装置，该通用图案形成装置可用于向入射的辐射束赋予与将在衬底的目标部分中产生的图案相对应的图案化横截面。在该上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射掩模、二元掩模、相移掩模、混合式掩模等)，其它这种图案形成装置的示例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并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置MA；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并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底支撑件；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。
本文中使用的术语“投影系统”PS应当被广义地解释为涵盖包括以下的各种类型的投影系统：折射、反射、折反射、变形、磁性、电磁和/或静电或者其任何组合，该投影系统适用于所使用的曝光辐射和/或其它因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可被认为与更通用的术语“投影系统”PS同义。
除了衬底支撑件WT之外，光刻设备LA可以包括测量台。测量台被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，例如投影系统PS的一部分或提供浸液的系统的一部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可以在投影系统PS的下方移动。
在操作中，辐射束B入射到图案形成装置MA(例如，掩模)上，图案形成装置MA保持在掩模支撑件MT上并且由呈现在图案形成装置MA上的图案(设计布局)图案化。在穿透掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统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，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如，以便在辐射束B的路径中将不同目标部分C定位在聚焦和对准位置处。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(其未在图1中明确示出)可用于相对于辐射束B的路径而准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记P1、P2占据了专用目标部分，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。
如图2所示，光刻设备LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元或(光刻)簇，光刻单元LC通常还包括用于在衬底W上执行预曝光和后曝光过程的设备。通常，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和烘烤板BK，例如用于调整衬底W的温度，例如用于调整抗蚀剂层中的溶剂。衬底输送装置(或机器手)RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W输送到光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中的装置(通常也统称为轨道)通常受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身可由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也可以控制光刻设备LA，例如经由光刻控制单元LACU。
为了正确地且持续地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，期望检查衬底以测量图案化结构的性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此，光刻单元LC中可以包括检查工具(未示出)。如果检测到错误，尤其是如果在仍然需曝光或处理相同批次或相同批的其它衬底W之前进行检查，则例如可以对后续衬底的曝光和/或待在衬底W上执行的其它处理步骤进行调整。
检查设备(也可以称为量测设备)用于确定衬底W的性质，特别是确定不同衬底W的性质如何变化或者与相同衬底W的不同层相关联的性质如何在层之间变化。替代地，检查设备可被构造为识别衬底W上的缺陷，并且可以例如是光刻单元LC的一部分，或者可以被集成到光刻设备LA中，或者甚至可以是独立装置。检查设备可以测量潜像(在曝光之后在抗蚀剂层中的图像)，或半潜像(在曝光后烘烤步骤PEB之后在抗蚀剂层中的图像)，或显影抗蚀剂图像(其中已经移除抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分)，或甚至蚀刻图像(在诸如蚀刻等图案转印步骤之后)上的性质。
通常，光刻设备LA中的图案化过程是要求在衬底W上进行结构的高精度定尺和放置的处理中的最关键的步骤之一。为了确保这种高精度，可以将三个系统组合成所谓的“整体”控制环境，如图3所示出的。这些系统中的一个是(虚拟地)连接到量测工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)的光刻设备LA。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作以增强整个过程窗口，并且提供严格控制回路以确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)的范围，在这些过程参数的范围内，特定制造过程会产生定义的结果(例如，功能性半导体装置)，通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在这些过程参数的范围内变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的一部分)来预测待使用哪种分辨率增强技术并且执行计算光刻模拟和计算，以确定哪些掩模布局和光刻设备设置实现了图案化过程的最大的总体过程窗口(在图3中由第一标度SC1中的双箭头表示)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL还可用于检测光刻设备LA当前正在过程窗口内的哪个位置操作(例如，通过使用来自量测工具MT的输入)，以预测是否由于例如次最佳处理而可能存在缺陷(在图3中由第二标度SC2中的指向“0”的箭头表示)。
量测工具MT可以向计算机系统CL提供输入，以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻设备LA提供反馈以识别，在例如光刻设备LA的校准状态下的可能漂移(在图3中由第三标度SC3中的多个箭头表示)。
在光刻过程中，期望经常测量所产生的结构，例如以用于过程控制和验证。用于进行这种测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。
散射仪是多功能仪器，其允许通过将传感器置于散射仪对象的瞳孔中或者与该瞳孔的共轭平面中来测量光刻过程的参数，测量通常称为基于瞳孔的测量，或者在通过将传感器置于图像平面或与图像平面共轭的平面中进行测量的情况下，测量通常称为基于图像或场的测量。这种散射仪和相关的测量技术被进一步描述在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中，其全部内容通过引用并入本文。上述散射仪可以使用来自本发明的光源的光来测量光栅。
使用具体目标的光刻参数的总体测量质量至少部分地由用于测量该光刻参数的测量配置方案确定。术语“衬底测量配置方案”可包括测量本身的一个或多个参数、一个或多个测量图案的一个或多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量配置方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的方向等。例如，选择测量配置方案的标准之一可以是测量参数中的一个对于过程变化的敏感性。在美国专利申请US2016-0161863和公开的美国专利申请US2016/0370717A中描述了更多示例，其全部内容通过引用并入本文。本发明的光源可以配置为这些衬底测量配置方案的光源要求是可控制的。
光刻设备可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过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。在当前光刻设备中使用的对准传感器的示例是基于在US6961116中描述的自参考干涉仪。已经开发了对位置传感器的各种增强和改进，例如在US2015261097A1中所公开的。这些出版物的全部内容通过引用并入本文。
标记或对准标记可以包括形成在设置在衬底上的层或(直接)形成在衬底中的层上或者形成在其中的一系列条。这些条可以规律地间隔开并且用作光栅线，使得这些标记可以被视为具有熟知的空间周期(节距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，标记可被设计为允许沿着X轴或沿着Y轴(其取向基本上垂直于X轴)进行的位置的测量。包括相对于X-轴和Y-轴两者、以+45度和/或-45度布置的条的标记，允许通过使用US2009/195768A(其通过引用并入本文)中描述的技术来组合X-测量和Y-测量。
对准传感器利用辐射斑点来光学扫描每个标记以获得周期性变化信号，诸如正弦波。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，而对准传感器则相对于光刻设备的参考系是固定的。可以相对于不同的(粗和细)标记尺寸提供所谓的粗和细标记，使得对准传感器可以在周期性信号的不同周期以及周期内的准确位置(相位)之间进行区分。不同节距的标记也可用于此目的。
测量标记的位置还可以提供关于在其上提供有标记(例如，以晶片网格的形式)的衬底的变形的信息。通过例如将衬底静电夹持到衬底台和/或当将衬底暴露于辐射时加热衬底，可能发生衬底的变形。
图4A是诸如在例如US6961116中描述的已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图，其通过引用并入本文。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射束RB，通过转向光学器件来将辐射束RB转向到位于衬底W上的、作为照射斑点SP的标记(诸如，标记AM)上。在该示例中，转向光学器件包括斑点反射镜SM和物镜OL。可以通过本发明的光源来提供辐射源RSO。通过其而照射标记AM的照射斑点SP的直径可以稍小于标记本身的宽度。
由标记AM衍射的辐射被准直成(在该示例中通过物镜OL)携带信息的束IB。术语“衍射”旨在包括从标记的零级衍射(其可称为反射)。自参考干涉仪SRI(例如上面提到的US6961116中公开的类型)利用其自身来干涉束IB，然后由光电检测器PD接收束。可以包括另外的光学器件(未示出)，以在辐射源RSO产生多于一个波长的情况下提供不同的束。如果需要，光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括多个像素。光电检测器可以包括传感器阵列。
光刻测量系统(水平传感器或高度传感器)可以集成在光刻设备中，并且被布置为测量衬底(或晶片)的顶表面的形貌。衬底的形貌图也称为高度图，并且可以从将衬底的高度指示为衬底上的位置函数的测量中产生衬底的形貌图。可以随后在转移衬底上的图案期间，将高度图用于校正衬底的位置，以便将图案形成装置的空间图像提供在衬底上的适当聚焦位置中。将理解的是，本文中的“高度”是指从衬底的平面明显突出(也称为Z轴)的尺寸。通常，水平传感器或高度传感器在(相对于其本身的光学系统的)固定位置处执行测量，并且衬底与水平传感器或高度传感器的光学系统之间的相对运动使得在遍及衬底的位置处进行高度测量。
在图4B中示意性示出了本领域中已知的水平传感器或高度传感器LS的示例，图4B中仅示出了操作原理。在该示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元LSP和检测单元LSD。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，由投影单元LSP的投影栅PGR赋予辐射束LSB。
光源LSO的一个示例是宽带白光激光器，其与声光可调滤波器(AOTF)一起使用以选择波长带。这些光源中的近红外激光器的脉冲输出通过使用作为非线性介质的光纤纤芯中的气体，或者使用实芯光纤的玻璃，经由非线性效应的组合而转换为宽的超连续谱(SC)。
在该系统的一个版本中，通过称为调制不稳定性(MI)的过程来执行超连续谱产生。这本质上是噪声种子，使得每个脉冲的输出光谱是不同的并且是不相关的。对于传感器应用，则是在被用于传感器之前，先将SC源的超宽带(通常为100nm)输出穿过约10nm宽度的波长选择带通滤波器，诸如AOTF。
由于输入光谱的形状在脉冲之间变化，并且该光谱不一定相对于滤波器中心波长对称，所以选择滤波器的输出处的光谱的中心波长会随机变化。脉冲之间的变化可能较大，但是通过对大量脉冲进行平均化，可以使这些变化的统计平均值变小。由于光谱在统计上是独立的，所以平均值的标准偏差随着平均脉冲数量的平方根而下降。
这在图5中示出，其示出了每个样本中，随着脉冲数量变化的典型充气SC源的这些变化的统计平均值的标准偏差。
该示例是针对10nm FWHM的选择滤波器。在突出显示的示例(6000次发射，6ms积分时间)中，输出光谱的中心波长的标准偏差很小(约0.01nm)，但即便如此，这也可能是当前量测传感器和下一代量测传感器的性能限制因素。
减少光谱噪声的最简单方法是增加脉冲样本的数量，以此使测量平均化。这可以通过增加脉冲重复率或增加测量时间来实现。然而，后者是不被期望的，因为它降低了系统产出，而前者是存在问题的，因为它需要最小的脉冲能量来实现MI过程(在充气空心PCF的情况下为约10微焦耳)。因此，增加脉冲重复率仅可能通过增加光源的平均输出功率才实现，这从成本、尺寸、复杂性或热量的角度来看是不被期望的。
在基于微衍射的重叠(μDBO)中，重叠信息以照射级之间的德尔塔强度进行存储。将观察到的任何强度差异作为重叠。强度对于较小的波长变化是敏感的，特别适用于更复杂和/或更厚的堆叠。优选地，增量波长远小于1nm。
在一些现有的量测应用中，其示例在图6中以概要方式示出，两个互补的照射方向被顺序示出。宽带光源LSO通过滤波器AOTF被带通滤波，其中滤波器AOTF由射频发生器RF控制，从而提供光源LSO输出的带选择。然后，过滤后的窄带光源被用于两个单独的照射级IO1、IO2，通过图像采集步骤103、104从两个单独的照射级IO1、IO2获取量测图像。在IO1级和IO2级之间的任何德尔塔波长105可导致量测误差。
然而，对于每次发射，光源的随机特性将导致不同的光谱形状。在使用AOTF进行带通滤波之后，光谱的局部倾斜变化将导致中心波长的明显漂移。这将导致重叠误差。
此外，诸如图6中所示的系统的两个照射分支IO1、IO2可以由单独的硬件组成。光学表面、光学对准、涂层、光纤等的较小变化就可能导致两个互补分支之间的光谱传输存在差异。一阶影响是波长相关的失配，其可以通过功率监测电路和/或校准器件进行校正。然而，如上所述，中心波长也可能发生漂移，这可导致难以完全校正的、堆叠相关的重叠误差。
在量测系统中可能存在类似的问题，在量测系统中，由于绝对波长随着时间的推移而漂移，所以在相同时间(因此基于来自光源的相同入射辐射)得到多个阶。例如，传感器和/或目标中的缺陷可能导致绝对波长敏感度，使得对于每对测量，在相同时间得到的阶之间的关系是不一致的。本说明书中呈现的技术还可用于改善光源的平均波长的一致性，或补偿这种变化，这可为这种量测应用提供优势。
如上所述，中心波长的变化或噪声可以通过对足够大量的脉冲(或足够长的照射时间)进行积分来处理。然而，这可能会不可接受地增加测量时间，从而降低相关设备(例如光刻设备)的产出。可选地，可以增加脉冲重复率以在相同时间实现大量脉冲，但这需要更大的能量输入，并且除了增加功率需求和成本之外，对于作为整体的目标和设备两者，其本身还可能在热负载方面产生不期望的影响。
虽然本描述是关于脉冲光源提出的，但相同的原理也可以应用于使用连续光源的量测，特别是可以应用于基于时间间隔来限定和/或测量光源的输出，其中该时间间隔短于测量的总曝光时间。
本发明的实施例提出了用于处理和/或校正脉冲中的变化或噪声的替代方法。
在一个实施例中，光源的中心波长的波动是可接收的，但是需要逐个脉冲地或者在一次测量的积分时间内平均地仔细测量，然后将该误差信号用于补偿最终传感器输出的误差。由于中心波长波动很小，因此很可能将它们对传感器输出的影响线性化。影响和因此校正因子将取决于目标、波长、偏振和/或晶片。
产生合适误差信号(与光源输出的瞬时波长成比例的信号)的各种布置是可能的。一种这样的布置是使用合适设计的干涉仪IFO，例如如图7中所示的，其中来自光源LSO的输出穿过可调滤波器TF和透镜L而到达该干涉仪IFO。在理想情况下，干涉仪提供与过滤光源的瞬时波长成比例的正交输出DQ，如图8所示，其中x轴为瞬时光源中心波长。正交输出DQ具有与滤波器带宽相同数量级的自由光谱范围。例如，这可以采用平均光程差为约0.5-1％的双通道迈克尔逊(Michelson)干涉仪的形状，来实现合适的自由光谱范围，并且两个通道的光程差失谐以提供正交输出。在其它实施例中，输出的自由光谱范围可以大于(甚至显著大于)滤波器带宽。与所期望的信噪比权衡地选择自由光谱范围。
替代布置可由具有楔形腔或阶梯形腔的、用于产生正交输出的法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪，或甚至光栅，或窄带干涉滤波器的组合组成。合适的正交信号也可以通过偏振光学器件获得。进一步的替代布置可以使用具有周期性传输的薄膜涂层或经涂覆/未经涂覆的平面平行板。
重要注意的是，传感器干涉仪的绝对长期稳定性不是关键。系统的长期的工作波长由系统中已经存在的高精度且稳定的波长选择带通滤波器的中心波长决定。本文中提供的附加的反馈传感器的作用仅是提供短期误差信号，其指示滤波器输出的瞬时(例如，每次发射)中心波长与滤波器的中心波长的差异程度。从长期来看(几秒以上)，可以假设该误差为零，这显著地简化了误差传感器的构造。
在本发明的另一实施例中，可以在摄像机图像的采集期间使用AOTF，以通过具体针对它们来获得在所使用的准确图像采集间隔期间稳定的平均波长，从而使波长稳定。
另外，对剂量变化进行权衡(这可以被容易地补偿)可以进一步最小化误差。这可以通过关闭灯(或停止图像采集)来完成，在某个时刻，误差可由于随机波动而偶然处于低误差值。在下面更详细描述的模拟结果中示出这些布置。
如果需要，第二互补图像采集的波长设定点可以设置为在第一互补图像采集期间测量的设定点。
在进一步的实施例中，AOTF可以用于改变互补图像采集之间的平均波长设定点。可以校准中心波长之间的(系统)德尔塔。然后可以在测量期间将此校准结果用作查找表，以更改每个照射分支的AOTF的设置点。然后，通过传入波长的(轻微)改变来补偿传输差异。
波长特性的德尔塔可以利用晶片级的光谱仪直接测量和校准，或者通过使用类似重叠德尔塔的间接测量(利用晶片旋转)。
在图9中示意性示出这些实施例，其采用图6的系统的总体布局并且添加了附加部件。与图6共同的部件将不再进一步描述。在图9所示的设备中，光谱仪SPEC被布置为将光用于量测应用IO1、IO2之前，执行在线光谱测量，特别是测量滤波器AOTF的输出变化。将光谱仪测量值反馈给控制器CTRL，该控制器CTRL也从量测应用中获取输入FB1、FB2。来自图像采集步骤103、104的反馈FB1用于同步采集窗口，而来自照射级IO1、IO2的反馈FB2用于确定两级之间的光谱传输中的校准德尔塔，使得测量级之间的中心波长105的差异通过反馈控制而显著减小。
AOTF可用于通过改变其RF频率来高频调谐波长选择。为了做到这一点，优选的是AOTF的控制带宽明显大于图像采集时间的倒数(例如，其可以是1-10ms)。例如，实际中为100kHz(图像采集时间内的100个时间段)的控制带宽。
对于高速反馈，需要在与控制回路相同的带宽处(例如，100kHz)进行在线光谱测量。这对于快速光谱仪是合理的。也可以使用更专业的光谱仪，它们被优化为用于测量较小的光谱变化(而不是完整的绝对光谱)，并且它们可以被专门设计用于这些目的，诸如上面已经描述的那些目的。
控制系统与摄像机获取同步。控制系统从曝光开始计算准确的平均(或积分)中心波长。这用于更改AOTF的设定点。控制回路的增益随着时间以及脉冲数量而呈线性增加(以补偿在求平均值时将总数除以N的事实)。
此外，可通过允许脉冲数量(或剂量)上的变化来获得进一步的显著改进。由于平均波长本身是随机的(作为随机输入的结果)，因此如果曝光正好在平均中心波长随机地达到低值的时刻处停止，则将减小波长误差。
虽然上述布置用于稳定中心波长，但是如果在AOTF中存在额外的自由度来控制波长带的二阶参数(例如，带的FWHM、倾斜度)，则它们可以被校正。例如，如果使用多个附近RF频率来驱动具有更大带宽的AOTF，则可以控制相对于频率的相对幅度，从而也使采集窗口中的那些平均性能稳定。
在进一步发展中，如果多个传感器被布置为共享相同的光源(例如，具有多个单独的、馈送到传感器的AOTF的单个宽带光源)，则可以使用单个在线光谱仪以在光谱进入AOTF之前测量光谱。如果AOTF性质是公知的和/或经过校准的，则可以使用控制器来检索经过AOTF之后的中心波长。
可以应用类似的控制策略，以通过更改RF功率来校正照射剂量。对于许多现有的量测应用，这可能不会增加显著的益处，因为功率可能在之后进行归一化。然而，对于其它传感器/传感器布置，这可能不同。
上述布置可以应用于不使用AOTF的系统中，通过使用可以(轻微)改变波长的替代快速致动器，相同的方案将是可能的。例如，使用一些带有涂层的光学器件，该涂层可产生光谱倾斜并且具有一定的角度或位置依赖性。通过机械快速倾斜/移动这样的过滤器，可能影响中心波长。类似地，可以使用在空间上分离波长并且对光进行过滤(例如，使用可移动叶片)的过滤器。然后可以将叶片的高频调制应用于这种叶片，以对过滤器操作进行较小的调整。
超连续谱光源的波长的精确的随机特性将取决于类似波长和带宽的许多参数。较大带宽将有利于产出，但是受到光谱倾斜变化的最大影响。因此，为了说明上述实施例的使用，已经进行了多次模拟以示出误差的简单缩放规则。
在图10-12中示出这些模拟结果。在绘制图中，设定点、单个脉冲的中心波长、平均中心波长和中心波长误差在相同时间轴上被绘制在彼此上方。插图直方图示出了针对模拟中的大量唯一运行的误差分布。
对于这些模拟，假设在光源的选择带中，每个脉冲存在正态分布的5nm 1-sigma中心波长变化，并且在单次图像采集中使用100次脉冲。需要注意的是，实际上，脉冲可以是单独的激光脉冲，但也可以是几组激光脉冲一起，以防控制回路频率小于激光频率，这将在实际实施中是最有可能的情况。类似地，光源可以代替多个脉冲来在预定时间窗口内连续照射目标，并且在该窗口内的多个瞬间对光的波长特性进行离散测量。在这种布置中，以下对脉冲数量的引用将由对离散测量的数量的引用替代。
为简单起见，忽略AOTF本身和光谱测量中的不确定性和/或噪声。
在没有反馈的情况下(图10)，换言之，在如上面的绘制图中所示的恒定AOTF设定值的情况下，可以看出单个激光脉冲的误差随着sqrt(N)而减小，即在100次脉冲后，为σ＝5nm/sqrt(100)＝0.5nm的误差。
在对稳定平均中心波长存在反馈的情况下(图11)，并且如上面的绘制图中所示的可变设定点AOTF发生变化的情况下，误差随着因子N(而不是sqrt(N))而减小。仅计算最后脉冲的误差，其以1/N影响平均值，使得在100次脉冲后，误差为σ＝5nm/100＝0.05nm的误差(因此相比没有反馈的情况提高了10倍)。
图12图示了使用“智能停止”的可能性，即在发生非常小误差的时刻处停止照射并且准确地选择该情况。由于系统的随机特性，误差可能在有些时候偶然地非常小。通过准确地选择这种情况，可以显著地改善整体性能。
在图12所示的模拟中，允许脉冲数量在80和100次脉冲之间变化，从而保证最小剂量，即“标准”剂量的80％。在所示出的特定模拟中，该模拟被布置为如果在允许窗口内的任何时间处，波长误差下降到0.01nm或更低时停止，这发生在约85次脉冲之后的点CO处。
对最小脉冲数量和截止误差水平(低于其将停止照射)的参数的选择将明显影响在该方法中所达到的准确度和将停止照射的时间比例两者。截止误差水平的选择是可取决于其它误差源的相对贡献的选择事项，因此在这一点上，波长误差变得不重要。最小脉冲数量的选择是在获得良好重叠信息所需的功率和所期望的准确度之间的权衡，因此该选择可取决于量测应用的具体实施或使用。
图12中的插入直方图是停止模拟的脉冲计数的直方图，其示出了虽然在多次模拟中，在没有停止模拟的情况下发送全部100次脉冲，但是对于更多数量的模拟，将提前实现停止。
这使得进一步减小误差(在图12中所示的特定模拟中，以约5N的因子减小，但准确的量将取决于可以跳过的脉冲数量和用于停止照射的参数选择)。
在这种布置的进一步发展中，截止误差水平可以随着时间/脉冲数量而变化，以进一步改善光源的统计稳定性。例如，在已经达到最小数量的脉冲之后，截止误差水平可以随着脉冲数量而逐渐增加，以增加系统在有利的低平均误差状态下停止的机会。
因此，本实施例中概述的方法可以显著地减小噪声量，而无需可能难以实现的非常高的重复率。
在以下编号条项中公开了其它实施例：
1.一种控制光源的光谱输出的方法，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述方法包括以下步骤：
确定从所述光源发射的光的光谱的至少一个特性；并且
使用所确定的特性来控制所述光谱输出。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调节所述光源的所述输出的步骤，其中使用所确定的特性的步骤改变对所述光源的输出的所述调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其中调节光源的所述输出的步骤包括对所述输出进行带通滤波，并且使用所确定的所述特性的步骤调整所述滤波。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述滤波的所述调整被动态地执行，以减小穿过的光的中心频率的变化。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
在预定时间窗口发射来自所述光源的光；和
确定在所述时间窗口的所述特性的运行变化；
其中使用所确定的所述特性的步骤使用所确定的运行变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中频率特性是穿过所述带通滤波器的光的中心频率相对于期望中心频率的变化，并且针对落入在所述时间窗口内的多个子时间窗口来确定所述频率特性，其中所述方法进一步包括以下步骤：
在所述时间窗口结束之前，检查所确定的变化是否小于截止值；并且
如果所确定的变化小于所述截止值，则在所述时间窗口完成之前停止光的发射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中仅在以下任意一种情况之后执行检查和停止步骤：最小时间已经过去；已经从所述光源发射预定最小数量的脉冲；或者已经发射预定量的脉冲能量。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中例如基于已经被发射的脉冲的数量来动态地改变所述截止值。
9.一种使用光源执行测量的方法，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述方法包括以下步骤：
确定从所述光源发射的光的所述光谱的至少一个特性；
利用来自所述光源的光照射测量目标并且测量来自所述光源的光以产生测量信号；并且
使用所确定的特性来处理所述测量信号。
10.根据权利要求9所述的方法，其中至少一个测量是量测测量。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特性是所述光源的在预定波长范围内的平均波长。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述光源是超连续谱光源。
13.根据权利要求12所述的方法，其中由所述超连续谱光源产生的辐射包括由调制不稳定性产生的辐射。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括在量测仪器中使用所产生的光源的步骤。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括在光刻设备中使用所产生的光源以执行量测的步骤。
16.一种光源，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述光源包括：
光谱仪，其被布置为测量从所述光源发射的光的所述光谱的特性；以及
控制器，其被布置为基于所述光谱仪测量的所述特性来控制所述光源的输出。
17.根据权利要求16所述的光源，进一步包括带通滤波器，所述带通滤波器被布置为允许预定频率范围的光被发射，其中所述控制器被布置为控制所述带通滤波器，以根据由所述光谱仪测量的特性来调整所发射的光。
18.根据权利要求17所述的光源，其中所述光源是超连续谱光源并且所述带通滤波器包括声光滤波器。
19.一种量测设备，所述设备包括：
光源，发射被布置为照射量测目标的光谱随时间变化的光；
光谱仪，被布置为测量从所述光源发射的光的所述光谱的特性；
传感器，被布置为测量来自所述量测目标的光并且产生量测信号；以及
控制器，被布置为控制所述光源的输出并且处理来自所述传感器的信号，
其中所述控制器进一步被布置为基于由所述光谱仪测量的所述特性来控制所述光源的输出或者处理所述量测信号。
20.根据权利要求19所述的量测装置，其中所述光源进一步包括带通滤波器，其被布置为允许预定频率范围的光被发射，其中所述控制器被布置为控制所述带通滤波器，以根据由所述光谱仪测量的特性来调整所发射的光。
21.根据权利要求20所述的量测设备，其中所述光源是超连续谱光源并且所述带通滤波器包括声光滤波器。
22.根据权利要求19至21中的任一项所述的量测设备，进一步包括从所述光源到多个量测目标的多条光路径，其中所述光谱仪被布置为在将来自所述光源的光分至多条光路径之前，测量所述特性。
23.根据权利要求19至22中的任一项所述的量测设备，其中所述设备被布置为从至少两个不同方向照射所述量测目标，并且所述控制器被布置为：
控制所述光源以在不同时间从不同方向中的每个方向照射所述量测目标；
根据在所述不同时间中的每个时间所测量的特性，确定在所述不同时间中的每个时间来自传感器的信号的期望变化；并且
对在所述不同时间的每个时间来自传感器的信号进行处理，以校准所述期望变化产生的影响。
24.根据权利要求19至22中的任一项所述的量测设备，其中所述设备被布置为从至少两个不同方向照射所述量测目标并且所述控制器被布置为：
控制所述光源以在不同时间从不同方向中的每个方向照射所述量测目标；
根据在所述不同时间中的第一时间测量的特性，确定在所述第一时间的所述特性相对于期望值的变化；并且
基于所确定的变化，在所述时间中的第二时间控制该光源的输出，以减小由于在不同时间的每个时间的所述特性的变化而导致的误差。
25.一种光刻设备，其包括根据权利要求16至18中的任一项所述的光源或根据权利要求19至24中的任一项所述的量测设备。
尽管在本文中可以具体地参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成光学系统、用于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。技术人员将理解的是，在这样的替代引用的上下文中，本文中的术语“晶片”或“管芯”的任何使用可认为分别与更通用术语“衬底”或“目标部件”同义。可以在曝光之前或之后在例如轨道(通常将抗蚀剂层施加到衬底并使经曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检测工具中处理本文中提及的衬底。在适用的情况下，可以将本文的内容应用于这些和其它衬底处理工具。另外，可以将衬底处理一次以上，例如以便形成多层IC，使得本文中使用的术语“衬底”也可以指已经包含一个或多个经处理层的衬底。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但应当明白的是，可以与所描述不同的其它方式来实践本发明。
以上描述旨在于说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在不脱离以下随附的权利要求书的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种控制光源的光谱输出的方法，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述方法包括以下步骤：
确定从所述光源发射的光的所述光谱的至少一个特性；并且
使用所确定的特性来控制所述光谱输出。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调节所述光源的所述输出的步骤，其中使用所确定的所述特性的步骤改变对所述光源的所述输出的所述调节。
3.根据权利要求2所述的方法，其中调节所述光源的所述输出的步骤包括对所述输出进行带通滤波，并且使用所确定的所述特性的步骤调整所述滤波。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述滤波的所述调整被动态地执行，以减小穿过的光的中心频率的变化。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的方法，进一步包括以下步骤：
在预定时间窗口发射来自所述光源的光；和
确定在所述时间窗口的所述特性的运行变化；
其中使用所确定的所述特性的步骤使用所确定的运行变化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中频率特性是穿过带通滤波器的光的中心频率相对于期望中心频率的变化，并且针对落入在所述时间窗口内的多个子时间窗口来确定所述频率特性，其中所述方法进一步包括以下步骤：
在所述时间窗口结束之前，检查所确定的变化是否小于截止值；并且
如果所确定的变化小于所述截止值，则在所述时间窗口完成之前停止所述光的发射。
7.根据权利要求6所述的方法，其中例如基于已经被发射的脉冲的数量来动态地改变所述截止值。
8.一种使用光源执行测量的方法，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述方法包括以下步骤：
确定从所述光源发射的光的所述光谱的至少一个特性；
利用来自所述光源的光照射测量目标并且测量来自所述光源的光以产生测量信号；并且
使用所确定的特性来处理所述测量信号；并且
其中可选地，至少一个测量是量测测量。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述特性是所述光源的在预定波长范围内的平均波长。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述光源是超连续谱光源，并且其中可选地，由所述超连续谱光源产生的辐射包括由调制不稳定性产生的辐射。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括在量测仪器中使用所产生的光源的步骤。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，进一步包括在光刻设备中使用所产生的光源以执行量测的步骤。
13.一种光源，所述光源发射光谱随时间变化的光，所述光源包括：
光谱仪，被布置为测量从所述光源发射的光的所述光谱的特性；以及
控制器，被布置为基于由所述光谱仪测量的所述特性来控制所述光源的输出。
14.一种量测设备，所述设备包括：
光源，发射光谱随时间变化的光，所述光被布置为照射量测目标；
光谱仪，被布置为测量从所述光源发射的光的所述光谱的特性；
传感器，被布置为测量来自所述量测目标的光并且产生量测信号；以及
控制器，被布置为控制所述光源的输出并且处理来自所述传感器的信号，
其中所述控制器进一步被布置为基于由所述光谱仪测量的所述特性来控制所述光源的输出或者处理所述量测信号。
15.一种光刻设备，其包括根据权利要求13所述的光源或根据权利要求14所述的量测设备。
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