CN114174890A - 量测装置及其相位调制器设备 - Google Patents

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CN114174890A CN202080053628.1A CN202080053628A CN114174890A CN 114174890 A CN114174890 A CN 114174890A CN 202080053628 A CN202080053628 A CN 202080053628A CN 114174890 A CN114174890 A CN 114174890A
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A·J·登鲍埃夫
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Abstract

本发明公开了一种相位调制器设备，包括用于调制输入辐射的至少一个第一相位调制器，以及包括这种相位调制器设备的量测装置。第一相位调制器包括：第一移动光栅，该第一移动光栅处于至少一种操作状态，用于衍射输入辐射并且使经衍射辐射的频率发生多普勒偏移；以及第一补偿光栅元件，包括节距，该节距被配置为补偿所述经衍射辐射的至少一个衍射阶的波长相关色散。

Description

量测装置及其相位调制器设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于(1)2019年8月9日提交的申请号为62/884,702的美国临时申请的优先权；(2)2019年9月17日提交的申请号为19197783.4的欧洲申请的优先权；以及(3)2020年1月15日提交的申请号为20152053.3的欧洲申请的优先权。这些优先权申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及在光刻过程中将图案施加到衬底的方法和设备。本发明尤其涉及诸如对准传感器的量测装置以及用于这种量测装置的相位调制设备。
背景技术
光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在那种情况下，图案形成装置(其替代地称为掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。这种图案可以转印至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的部分、一个管芯或若干管芯)上。图案的转印通常经由成像至被设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含被连续地图案化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，其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分，并且包括所谓的扫描仪，其中通过将辐射束以给定方向(“扫描”方向)扫描图案来照射每个目标部分，同时同步地扫描与该方向平行或反平行的衬底。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转印到衬底上。
在光刻操作期间，不同的处理步骤可能需要待在衬底上顺序形成的不同层。因此，可能需要相对于在衬底上形成的先前图案以高准确度定位衬底。通常，对准标记放置在待对准的衬底上，并且参考第二对象定位。光刻设备可以使用对准设备来检测对准标记的位置，并且使用对准标记来对准衬底以确保从掩模准确曝光。两个不同层的对准标记之间的未对准被测量为重叠误差。因此，需要一种提供高准确度和较少变化的对准的系统和方法。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种用于调制输入辐射的相位调制器设备；包括：至少一个第一相位调制器，包括：第一移动光栅光栅，该第一移动光栅处于至少一种操作状态，该第一移动光栅用于衍射输入辐射并且使经衍射辐射的频率发生多普勒偏移；以及第一补偿光栅元件，该第一补偿光栅元件包括节距，该节距被配置为补偿所述经衍射辐射的至少一个衍射阶的波长相关色散。
本发明的第二方面包括一种量测装置，该量测装置包括根据第一方面的相位调制器设备。
下面参照附图详细描述本发明的其他方面、特征和优点，以及本发明的各个实施例的结构和操作。注意的是，本发明不限于本文中描述的特定实施例。呈现在本文中的这些实施例仅用于说明性目的。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
现在将仅通过示例的方式，参考附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘了与其他设备一起形成半导体器件的生产设施的光刻设备；
图2是根据示例性实施例的对准设备的示意图；
图3(a)和3(b)示出了根据本公开的一些实施例的设计有衍射光栅的示例性对准目标；
图4示出了根据本公开的一些实施例的设计有二维衍射光栅的示例性对准目标。
图5是根据本发明第一实施例的线性相位调制器的示意图。
图6是根据本发明第二实施例的线性相位调制器的示意图。
图7是根据本发明第三实施例的线性相位调制器的示意图。
图8是根据本发明实施例的包括线性相位调制器的离轴对准设备；以及
图9是根据本发明实施例的包括线性相位调制器的外差对准设备。
具体实施方式
在详细描述本发明的实施例之前，呈现可以实施本发明的实施例的示例环境是有益的。
图1在200处示出了光刻设备LA作为实现大批量光刻制造过程的工业生产设施的一部分。在本示例中，制造过程适用于在衬底(诸如半导体晶片)上制造半导体产品(集成电路)。本领域技术人员将理解的是，可通过在该过程的变型中处理不同类型的衬底来制造各种产品。半导体产品的生产仅被用作一个示例，这在今天具有重要的商业意义。
在光刻设备(或简称为“光刻工具”200)内，在202处示出测量站MEA，在204处示出曝光站EXP。在206处示出控制单元LACU。在该示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以应用图案。例如，在光学光刻设备中，投影系统用于使用调节辐射和投影系统来将产品图案从图案形成装置MA转印到衬底上。这是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。
本文中使用的术语“投影系统”应当被广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统或其任何组合，该投影系统适用于所使用的曝光辐射或其他因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)。图案形成装置MA可以是掩模或掩模版，其将图案赋予至由图案形成装置透射或反射的辐射束。公知的操作模式包括步进模式和扫描模式。已知的是，投影系统可以各种方式与用于衬底和图案形成装置的支撑系统和定位系统协作，以将期望的图案施加到跨衬底的多个目标部分。可以使用可编程图案形成装置来代替具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括深紫外(DUV)或极紫外(EUV)波段中的电磁辐射。本公开还适用于其他类型的光刻过程，例如压印光刻和直接写入光刻(例如通过电子束)。
光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量以接收衬底W和掩模版MA并且实施图案化操作。LACU还包括信号处理和数据处理能力，以实现与设备操作相关的所需计算。在实践中，控制单元LACU将被实现为多个子单元的系统，每个子单元处理实时数据采集、处理和控制设备内的子系统或部件。
在曝光站EXP将图案施加到衬底之前，在测量站MEA中处理衬底，以便可以执行各种准备步骤。准备步骤可以包括使用水平传感器绘制衬底的表面高度的图，以及使用对准传感器测量对准标记在衬底上的位置。名义上以规则网格图案来布置对准标记。然而，由于形成标记的不准确性并且还由于在整个处理过程中发生的衬底变形，标记会偏离理想的网格。因此，如果设备想要以非常高的准确度将产品特征打印在正确位置处，除了测量衬底的位置和方向之外，在实践中对准传感器还必须详细测量跨衬底区域的多个标记的位置。该设备可以是所谓的双台型，其具有两个衬底台，每个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位系统。当一个衬底台上的一个衬底正在曝光站EXP处曝光时，另一衬底可以被装载到测量站MEA处的另一衬底台上，使得可以执行各种准备步骤。因此，对准标记的测量非常耗时，提供两个衬底台能够显著增加设备的吞吐量。如果位置传感器IF在处于测量站以及曝光站时无法测量衬底台的位置，则可以设置第二位置传感器以能够在这两个站处跟踪衬底台的位置。例如，光刻设备LA可以是所谓的双台型，其具有两个衬底台和两个站-曝光站和测量站-在曝光站和测量站之间可以交换衬底台。
在生产设施内，设备200形成为“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，该“光刻单元”或“光刻簇”还包括涂覆设备208，涂覆设备208用于将光致抗蚀剂和其他涂层施加到衬底W以通过设备200进行图案化。在设备200的输出侧，提供有烘烤设备210和显影设备212以将曝光图案显影成物理抗蚀图案。在所有这些设备之间，衬底保持系统负责支撑衬底，并且将衬底从一件设备转印到下一设备。这些设备(通常统称为轨道)受轨道控制单元的控制，轨道控制单元本身由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS还经由光刻设备控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。管理控制系统SCS接收配方信息R，该配方信息R非常详细地提供了待执行以形成每个图案化衬底的步骤的限定。
一旦图案已经被施加和显影在光刻单元中，就将图案化衬底220转移到其他处理设备(诸如在222、224、226处示出的)。在典型制造设施中，通过各种设备来实施多个处理步骤。举例来说，本实施例中的设备222为蚀刻站，并且设备224执行蚀刻后退火步骤。在其他的设备226等应用其他的物理和/或化学处理步骤。可能需要诸如以下的多种类型操作来制备真实器件：材料的沉积、表面材料性质的改性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等。在实践中，设备226可以表示在一个或多个设备中执行的一系列不同的处理步骤。作为另一示例，可提供用于实施自对准多重图案化的设备和处理步骤，以基于由光刻设备放置的前体图案来产生多个较小的特征。
已知的是，半导体器件的制造涉及这些处理过程的多次重复，以在衬底上以合适的材料和图案逐层地构建器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新制备的衬底，或者它们是在该光刻簇中或在其他完整设备中已经先前地处理过的衬底。类似地，根据所需的处理，在离开设备226上的衬底232可被返回，以在相同光刻簇中进行后续图案化操作，它们可以被指定用于在不同光刻簇中进行图案化操作，或者它们可以是待被发送用于切割和包装的完成产品。
产品结构的每个层需要一组不同的过程步骤，并且在每个层使用的设备226的类型可以完全不同。此外，即使名义上待由设备226应用的处理步骤是相同的，但是在大型设施中，也可能存在并行工作的多个假定相同的机器，以在不同衬底上执行步骤226。这些机器之间的设置或故障的微小差异可能意味着它们以不同方式影响不同的衬底。即使是对于每个层而言相对常见的步骤(诸如蚀刻(设备222))，也可由名义上相同但并行工作的多个蚀刻设备来实施，从而最大化吞吐量。此外，在实践中，例如根据待蚀刻的材料的细节以及具体需要(诸如各向异性蚀刻)，不同的层需要不同的蚀刻过程，例如化学蚀刻、等离子蚀刻。
可在其他光刻设备中(如刚刚提到的)，并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续处理。例如，在器件制造过程对参数(诸如分辨率和重叠)要求非常高的一些层可以在比要求不高的其他层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在浸没式光刻工具中曝光，而其他层在“干”工具中曝光。一些层可以在以DUV波长工作的工具中曝光，而其他层使用EUV波长辐射进行曝光。
为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，需要检查经曝光衬底以测量性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。因此，光刻单元LC位于其中的制造设施还包括量测系统，该量测系统接收已经在光刻单元中处理过的衬底W的一些或全部。量测结果被直接或间接地提供到管理控制系统SCS。如果检测到错误，则可以对后续衬底的曝光进行调整，特别是如果可以足够迅速和快速地完成量测，使得仍然对相同批次中的其他衬底进行曝光。此外，已经曝光的衬底可以被剥离和重新处理以提高良率，或被丢弃，从而避免对已知存在缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分存在缺陷时，可以仅对那些良好目标部分执行进一步曝光。
图1中还示出了量测设备240，量测设备240被提供为用于在制造过程中在期望的台处测量产品的参数。现代光刻生产设施中的量测站的常见示例是散射仪，例如暗场散射仪、角度分辨散射仪或光谱散射仪，散射仪可以被应用于在设备222中进行蚀刻之前在220处测量经显影衬底的性质。例如，使用量测设备240，可以确定重要性能参数(诸如重叠或临界尺寸(CD))没有满足显影抗蚀剂的指定准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在剥离经显影抗蚀剂并且通过光刻簇重新处理衬底220的机会。来自设备240的量测结果242可用于通过管理控制系统SCS和/或控制单元LACU 206随着时间进行小的调整，来保持光刻簇中的图案化操作的准确性能，从而最小化产品被制备为超出规格并且需要返工的风险。
此外，量测设备240和/或其他量测设备(未示出)可应用于测量经处理衬底232、234和正在进入的衬底230的性质。可对经处理衬底使用量测设备以确定重要参数(诸如重叠或CD)。
图2示出了根据实施例的可以被实施为光刻设备100或100'的一部分的对准设备400的截面示意图。在该实施例的示例中，对准设备400可以被配置为将衬底(例如，衬底W)相对于图案形成装置(例如，图案形成装置MA)对准。对准设备400可以进一步被配置为检测衬底上的对准标记的位置，并且使用检测到的对准标记的位置来将衬底相对于光刻设备100或100'的图案形成装置或其他部件对准。这种衬底对准可确保衬底上的一个或多个图案的准确曝光。
根据实施例，根据该实施例的示例，对准设备400可以包括照射系统402、分束器414、干涉仪426、检测器428和信号分析器430。照射系统402可以被配置为提供具有一个或多个通带的电磁窄带辐射束404。在示例中，一个或多个通带可以在约400nm至约2.0μm之间的波长的光谱内。在另一示例中，一个或多个通带可以是在约400nm至约2.0μm之间的波长的光谱内的离散窄通带。
分束器414可以被配置为接收辐射束404并且将辐射子束415引导到放置在台422上的衬底420上。在一个示例中，台422可以沿着方向424移动。辐射子束415可被配置为照射位于衬底420上的对准标记或目标418。在该实施例的示例中，对准标记或目标418可以涂覆有辐射敏感膜。在另一示例中，对准标记或目标418可以具有一百八十度(即，180°)对称性。即，当对准标记或目标418绕垂直于对准标记或目标418的平面的对称轴线旋转180°时，经旋转的对准标记或目标418可以实质上与未旋转的对准标记或目标418一致。衬底420上的目标418可以是(a)包括条(由固体抗蚀线形成)的抗蚀层光栅、或(b)产品层光栅、或(c)以重叠目标结构堆叠的复合光栅，该复合光栅包括在产品层光栅上重叠或交错的抗蚀光栅。可选地，可将条蚀刻到衬底上。
根据实施例，分束器414可以进一步被配置为接收衍射辐射束419并且将经衍射辐射子束429导向干涉仪426。
在示例实施例中，经衍射辐射子束429至少可以是辐射子束415的可从对准标记或目标418反射的部分。在该实施例的示例中，干涉仪426包括任何合适的光学元件组，例如棱镜组合，该棱镜组合可被配置为基于所接收的经衍射辐射子束429来形成对准标记或目标418的两个图像。干涉仪426可以进一步被配置为将两个图像中的一个相对于两个图像中的另一个旋转180°，并且以干涉方式重新组合旋转图像和未旋转图像。在一些实施例中，干涉仪426可以是自参考干涉仪，其在专利号为6,628,406的美国专利(Kreuzer)中被公开并且通过引用整体并入本文。
在实施例中，检测器428可以被配置为，当对准设备400的对准轴线421穿过对准标记或目标418的对称中心(未示出)时，经由干涉仪信号427接收重组图像并且检测由于重组图像而导致的干涉。根据示例实施例，这种干涉可以是由于以180°对称的对准标记或目标418而导致，并且重组图像会建设性地或破坏性地产生干扰。基于检测到的干涉，检测器428可以进一步被配置为确定对准标记或目标418的对称中心的位置，并由此检测衬底420的位置。根据示例，对准轴线421可以与垂直于衬底420的束对准，并且穿过图像旋转干涉仪426的中心。检测器428可进一步配置为通过实施传感器性质并且与晶片标记处理变化相互作用来估计对准标记或目标418的位置。
在进一步实施例中，检测器428通过执行以下测量中的一个或多个来确定对准标记或目标418的对称中心的位置：
·测量各种波长的位置变化(颜色之间的位置偏移)；
·测量不同阶的位置变化(衍射阶之间的位置偏移)；以及
·测量各种偏振的位置变化(偏振之间的位置偏移)。
该数据可以例如用任何类型的对准传感器获得，例如专利号为6,961,116的美国专利中所描述的SMASH(智能型对准传感器混合式)传感器，其采用具有单个检测器和四个不同波长的自参考干涉仪，并且以软件的形式提取对准信号，或者专利号为6,297,876的美国专利中描述的ATHENA(使用高阶对准增强的先进技术)，其将七个衍射阶中的每个引导到专用检测器。两个专利均通过引用整体而并入本文中。可能适用于本文中描述的概念的另一对准传感器是来自尼康(Nikon)公司的激光干涉对准(LIA)传感器和/或其对准系统(在US 2008/0043212中被描述，该专利通过引用并入本文)。
在实施例中，信号分析器430可以被配置为确定台422的位置，并且将台422的位置与对准标记或目标418的对称中心的位置相关联。通过该方式，可参考台422而准确地获知对准标记或目标418的位置，并由此获知衬底420的位置。
在一些实施例中，检测器428可以是检测器阵列，这允许存在准确堆叠轮廓检测的可能。对于检测器阵列，可以有多个选择：一束多模式光纤、每通道的离散引脚检测器、或者CCD或CMOS(线性)阵列。使用一束多模式光纤使得能够针对稳定性原因而远程定位任何耗散元件。离散引脚检测器提供较大的动态范围，但每个离散引脚检测器需要单独的前置放大器。因此元件的数量是有限的。CCD线性阵列提供了许多可以高速读出的元件，并且在使用相位步进检测的情况下这些元件尤其令人感兴趣。
图3(a)示出了根据实施例的衍射光栅516的截面图。衍射光栅516可以包括形成在衬底520上的节距或周期“Λ”和光栅线宽“d”。高衍射阶效率可以由诸如以下的衍射光栅516的参数确定：光栅结构的轮廓(例如矩形)、薄膜堆叠厚度“t”、占空比“F”等。占空比“F”可以定义为光栅宽度d与节距Λ的比率，即F＝d/Λ。可以使用严格的矢量波建模或各种其他方法来预测衍射效率，从而求解将电磁场完全描述为光传播的麦克斯韦(Maxwell)方程。
在一个示例中，衍射光栅516的光谱性质(例如，衍射角)可以通过光栅方程来描述。例如，可通过以下来预测辐射束515的正入射，该辐射束515具有波长λ、第m阶的衍射角θm：
Λsin(θm)＝mλ (1)
并且在入射角为θ0的情况下，衍射方程(1)可以修改为
Λ(sin(θm)-sin(θ0))＝mλ (2)
衍射光栅可以用作对准标记(也称为对准目标)。对准系统的操作可基于分别在m＝+1和m＝-1情况下的两个对称高阶衍射之间(例如衍射束519-1和519-2之间)的相位偏移
Figure BDA0003487511050000104
当衍射光栅516没有移动时，衍射束519-1和519-2的频率ν可以相同，例如νλ＝c，其中c为光速。在该示例中，衍射束519-1和519-2为同相。如果衍射光栅516或衬底520正在移动，例如以速度Vstage沿扫描方向524相对于物镜512或干涉仪(未示出)移动，则由于多普勒效应，衍射束519-1的频率可增加Δν，而衍射束519-2的频率可降低Δν。由此产生的频率差导致到达干涉仪的衍射束519-1和519-2之间的相位差
Figure BDA0003487511050000101
这可表示为：
Figure BDA0003487511050000102
其他高阶衍射束遵循类似的行为。因此，在干涉仪的输出端处测量的光强度ISUM可以是光栅偏移x0(从光栅中心的偏移)的函数。
Figure BDA0003487511050000103
通过扫描光栅516(在图3(b)的俯视图中示出)，对准信号可以被调制并呈现在光强度ISUM的时间调制中。通过数据处理和分析，可以滤除噪声和其他因素，并且可通过参数拟合和从测量的光强度ISUM的提取来确定光栅偏移x0。在图3(b)中，衍射光栅516在衬底520上以x方向或y方向取向。在一些实施例中，衍射光栅516可在衬底520上以任何其它方向取向。例如，衍射光栅516可相对于x方向具有45度角(在图3(b)中未示出)。
即使光刻系统可在集成电路的先进技术节点提供越来越小的图案化特征，但是它们仍需要在接收越来越小的对准标记或目标的不同光刻水平之间增加准确对准。对准标记通常可以放置在划线通道中，划线通道是芯片或管芯(产品区域)之间的区域，该区域随后将在封装之前在切割管芯时被丢弃。对于给定的处理监测区域，越小的尺寸也使得存在分布在各个位置的越多的对准标记，从而改善跨晶片的对准和/或重叠均匀性。可选地，对于大面积管芯，可在管芯内部放置较小的对准标记，从而改善跨产品芯片的对准。
目前，基于干涉的对准系统依赖于光栅扫描来生成调制对准信号。图3(b)示出了根据一些实施例的沿衬底520上的x和y方向的对准标记。辐射束515可以在x方向和y方向上跨对准标记进行扫描。在一些实施例中，移动衬底520而不移动辐射束515。
在一个示例中，为了产生可靠的对准信号，可设计较长的对准标记以提供用于扫描的足够距离。在基于图像的对准系统，可使用较小的对准标记。然而，由于大量数据采集和处理，可能导致分辨率和速度受到限制。
根据本公开的各种实施例提供了通过使用主动相位调制来与较小标记对准的设备和方法。例如，在x和y维度上小于6μm的对准标记(例如，与5μm x 5μm一样大小)可足以提供具有良好分辨率的对准信号。图4中示出了示例性对准标记或目标618的俯视图，其中二维衍射光栅沿x和y方向布置，使得可以在不移动辐射束515的情况下确定对准目标618的位置。通过使用主动相位调制，可以同时测量对准目标618的沿x和y方向的对准信号，并且可以同时确定对准目标618在x和y方向上的位置。
在一些实施例中，对准目标618可以包括在除了x或y方向之外的任何方向上取向的衍射光栅。例如，衍射光栅可以相对于x或y方向形成45度角。
已经提出了各种相位调制器来实现这种针对对准应用(或者使用外差式检测的任何其他量测应用)的相位调制。已经提出了压电调制器(例如扫描镜)；然而，这意味着通过反射镜的移动和所使用的需要校准的波长来确定相位调制。使用电光调制器意味着相位调制取决于所使用的波长。声光调制器提供了与波长无关的线性相位扫描，但每个波长具有不同的输出角度。如果没有正确地校准，这可能导致单个色带内的位置错误差。
本文提出了一种相位调制器设计，该相位调制器设计针对所有波长提供恒定相位扫描和共同输出角度。此外，本文所公开的实施例提供了以能够由低噪声检测器(诸如目前在许多对准传感器上使用的低噪声检测器)检测到的频率进行的恒定相位扫描。
图5示出了根据第一实施例提出的线性相位调制器LPM。相位调制方案是基于声光滤波器，诸如声光调制器AOM(例如，声光可调谐滤波器(AOTF))。AOM的压电换能器可以非常稳定的频率驱动，这使得在AOM介质(例如，AOM介质可以是石英或任何其他合适的声光材料)内产生非常稳定的移动声波。AOM的可调谐性使得能够调谐AOM的衍射阶的衍射角；例如以优化衍射阶。
在图5中，使用声光调制器AOM来调制输入束IB，该AOM被配置为在AOM介质内提供频率为υ1的声波。该行进波形成移动声光栅，其中入射光(输入束IB)从该移动声光栅发生衍射。由于移动声光栅为移动光栅，每个衍射阶得到多普勒偏移Δυ1：
Λυ1＝n*v1 (5)
其中n是经透射的衍射阶。该多普勒偏移等同于包含在输入束IB内的每个波长的线性相位扫描，该相位扫描(时间相位偏移
Figure BDA0003487511050000122
)由以下函数描述：
Figure BDA0003487511050000121
其中t为时间。
AOM可以使用例如晶体振荡器(其非常稳定)以MHz量级的频率被激发。这使得仅产生几个衍射阶，并且几个衍射阶可容易地在空间上被分离，以及根据需要进行阻挡。例如，第零阶0可以用第零阶光阑或束收集器BD进行阻挡，等效的束收集器可根据需要阻挡任何其他阶。可调谐给定阶的由AOM施加的衍射角，以例如最大化所需衍射阶的光量。例如，实践中的实施例可配置为在所需衍射阶中具有约50％的入射光，并且其余入射光在相邻阶中。为简单起见，图5中仅示出了第零阶0和第一衍射阶(例如，+1衍射阶)。
声光调制器AOM的优点在于，所有波长都接收相同的线性相位扫描。然而，每个波长(附图中示出了一个衍射阶的三个波长+1λ1、+1λ2、+1λ3)具有不同的传播方向。这不仅对于在对准和重叠中应用多色应用存在问题，而且对于在对准和重叠中应用单色应用也存在问题。通常在后种情况下，可存在>5nm的颜色带宽，这意味着在该带宽内的每个波长将接收不同的传播方向，这潜在地导致如果没有校准则会存在误差。
本文中提出的解决方案是将AOM的输出重新聚焦到光栅G，该光栅G包括与AOM的声光栅相匹配的节距，包括在必要时对两者之间的任何放大光学器件进行校正；例如由此产生了由透镜L1、L2表示的光学布置。为简单起见，已将该光学布置示出为4f方案(两个透镜L1、L2分别具有焦距fL1、fL2)；当然，这仅仅是示例性的，并且存在许多可使用透镜、反射镜和/或其他光学元件等来重新聚焦束的替代布置，可替代地使用这些布置。
如已经阐述的，在实施例中，可以用MHz量级的频率来驱动AOM。这是因为这种频率会产生具有名义(在期望范围内(例如1-100μm)的)节距的声光栅。然而，这会导致输出束OBυ1受到MHz频率偏移(例如频率υ1)的影响，而该MHz频率偏移无法用目前许多对准传感器布置中通常使用的类型的低噪声检测器检测到。高频率需要高检测带宽，这会导致更多噪声。
图6示出了其他实施例，其克服这个问题并且可以与低噪声检测器一起使用。该实施例包括提供第二线性相位调制器LPM2，以将第一频率υ1(MHz范围)光学地降混为低噪声检测器可检测的频率(例如，通常在kHz范围内)。第二线性相位调制器LPM2本质上类似于第一线性相位调制器LPM1(即，图5的线性相位调制器LPM)，除了由AOM施加的频率和施加在第二线性相位调制器LPM2上的衍射阶(即，具有与第一线性相位调制器LPM1的衍射阶相反符号的衍射阶)。第一线性相位调制器LPM1产生+1衍射阶的第一多普勒偏移Δυ1：1*υ1；第二线性相位调制器LPM2产生-1衍射阶的第二多普勒偏移Δυ2：-1*υ2(由于在该第二台选择了负衍射阶)。以这种方式，输出束OBυ1-υ2已经被多普勒偏移了υ1-υ2。应当注意的是，完全有可能以MHz频率来驱动两个AOM(LPM1和LPM2中的AOM)，但是以以下方式来选择各自的MHz频率：使得它们的频率差在kHz范围内，同时还需保持这种频率差非常稳定。因此，输出束(其所有颜色均被线性相位扫描)对应于以频率差发生的多普勒偏移。
图7示出了另一实施例，其以更简单的实施方式实现了与图6中示出的功能基本相同的功能。代替使用第一线性相位调制器LPM1和第二线性相位调制器LPM2(每个具有各自的补偿光栅G)，该布置包括单个线性相位调制器LPM，其具有第一AOM AOM1和第二AOMAOM2。第一AOM AOM1以与图6示例中的第一线性相位调制器LPM1的AOM相同的方式操作；例如，第一AOM AOM1施加+1衍射阶的第一多普勒偏移Δυ1：1*υ1。第二AOM AOM2以与图6示例中的第二线性相位调制器LPM2的AOM相同的方式操作；例如，第二AOM AOM2施加-1衍射阶的第二多普勒偏移Δυ2：-1*υ2。此外，第二AOM AOM2补偿由第一AOM AOM1施加的波长相关色散，使得来自线性相位调制器LPM的-1衍射阶输出束OBυ1-υ2存在很少或没有波长色散(经色散的镜面反射辐射由束转储器BD2阻挡)。从图6和图7底部的等效框图可以看出，这些布置对输出束OBυ1-υ2产生相同的影响。
为实现必要的波长补偿，在考虑由光学器件施加在第一AOM AOM1与第二AOM AOM2之间的任何放大效果(例如，由透镜L1、L2表示的光学布置产生的放大效果)的情况下，应当将第二AOM AOM2的频率与第一AOM AOM1相匹配。为简单起见，已将该光学布置示出为4f方案(两个透镜L1、L2分别具有焦距fL1、fL2)；当然，这仅仅是示例性的，并且存在许多可使用透镜、反射镜和/或其他光学元件等来重新聚焦束的替代布置，可替代地使用这些布置。更一般地，AOM1与AOM2之间的光学器件的匹配放大效果允许以不同频率进行AOM的操作。
当然，在图6和图7的每个示例中，每个台的阶可以被反向，使得采用来自第一AOM的-1阶和来自第二AOM的+1阶。注意的是，在上述所有示例中，根据相对于源的相前传播方向可将符号相反的阶彼此区分开。每个衍射阶方向的相前传播方向将取决于移动光栅(例如，声光栅)的行进方向和重成像系统(例如，如透镜L1、L2所表示的)的细节。此处，将正阶(+1阶)限定为用于将相前移动远离源(远离AOM)的衍射阶，并且将-1阶限定为用于将相前移动朝向源(朝向AOM)的衍射阶。因此，图6和图7的布置应当使得在每个各自的台处(例如，施加在每个各自的移动光栅/AOM)的衍射阶具有相对于源相反传播的衍射阶。对于给出的具体示例，其表示了图6的布置中的两个声光栅在相同方向上移动。相比之下，在图7中，由于重新聚焦到第二AOM AOM2的束的入射角，使得两个声光栅在相反方向上移动。这由附图中的每个AOM上的箭头表示。
通过第一示例的方式，图8示出了示例性的基于衍射的对准传感器布置，该布置使用了图6/7的(或图5的或在本公开范围内其他的)线性相位调制布置。图8示出了离轴对准传感器布置，由此测量束B1、B2处于对准标记AM的非正入射角。源布置使用分束器BS50:50来将输入束IB均等地分成束B1、B2。束B1被引导为以第一方向入射到对准标记AM(例如，经由镜M1和物镜OL)，并且束B2被引导为以第二方向入射到对准标记AM(例如，经由镜M2、点镜SM和物镜OL)。束B1、B2的路径中的一个包括线性相位调制布置LPM1、LPM2；该布置示出线性相位调制布置LPM1、LPM2待被定位为作用于束B1，但是也可以定位为作用于束B2。经衍射辐射+1λ1、+1λ2、+1λ3、-1λ1、-1λ2、-1λ3传播至自参考干涉仪SRI，在此它们被干涉，从而获得对准位置(SRI将不被详细描述并且其余对准传感器细节也不会示出，由于这些方面是很好理解的并且可以在已经引用本文中的许多公开文献(例如，US 6,628,406)中找到)。
线性相位调制布置LPM1、LPM2可操作为在源自束B2的正衍射阶+1λ1、+1λ2、+1λ3与源自束B1的负衍射阶-1λ1、-1λ2、-1λ3之间引入相位偏移
Figure BDA0003487511050000163
并且将在检测器处测量的光强度更改为：
Figure BDA0003487511050000161
Figure BDA0003487511050000162
其中，Λ为声光栅的节距。
这种布置可以在各种基于衍射的对准传感器中实施，除了所示的离轴对准传感器。该布置尤其适用于在照射光学器件中控制相位的布置。然而，可以在系统中的其他位置实施线性相位调制布置LPM1、LPM2，以将线性时变相位差施加到一对互补衍射阶中的一个衍射阶，例如直接施加到正衍射阶+1λ1、+1λ2、+1λ3或负衍射阶-1λ1、-1λ2、-1λ3中的一个(例如，针对该阶的所有波长)。
还应当注意的是，相位调制技术和设备可应用于其他干涉技术，诸如外差方案(其例如可用于对准或重叠量测)。例如，在WO2017/125352中描述了使用外差方案进行对准的示例，其通过引用并入本文。
图9示出了示例性外差对准传感器布置，其在对准布置中应用平衡外差检测。辐射源提供输入束IB，分束器BS90:10从输入束IB中获取一部分辐射(例如10％)以提供参考束RB，其余辐射包括测量束MB。图6/7的(或图5的或在本公开范围内其他的)线性相位调制器LPM1、LPM2相对于测量束MB来对参考束RB施加相位调制。来自对准标记AM的经衍射辐射+1、-1(包括位置信号)没有在单个照相机上成像，而是在分束器BS2中与参考束RB(被束扩展器BE扩展)混合。
由于所应用的相对相位调制，在参考束RB和经衍射辐射+1、-1之间的干涉产生了一对光学位置信号，它们在各自的检测器CAM1、CAM2上成像。这些光学位置信号中的每个都携带与由相位调制器LPM1、LPM2施加的相位的时间变化相对应的时间变化分量。两个光学位置信号中的时间变化分量为彼此完全反相的。通过减去来自两个检测器的信号，时间变化分量变得明显。可选地，可仅从信号中的一个(例如，在检测器CAM2上成像的信号，而忽略检测器CAM上的信号)提取对准信息。检测器CAM2上的图像将包括振荡迹线，但是现在具有强DC分量，从该振荡迹线可以确定对准位置。通过使用基于所应用相位调制知识的同步检测，可使用光学位置信号来获得具有改善的信噪比的电子位置信号。
应当注意的是，虽然以上描述已经描述了线性相位调制布置LPM1、LPM2用于对准或位置传感器的方面，但是线性相位调制布置LPM1、LPM2也可以用于其他量测传感器，诸如用于测量重叠或聚焦的基于散射测量的传感器。
应当注意的是，虽然以上描述已经描述了使用AOM来获得移动光栅(即，移动声光栅)的方面，但是本文中描述的概念不限于此。可以使用任何用于获得移动光栅的布置，该移动光栅可将与波长无关的线性时间变化相位偏移施加到经衍射辐射。因此，这种布置包含所提供的移动物理光栅(例如，通过致动器等移动)，并且应当理解的是，上述AOM的任何提及均可理解为阅读为常规的移动光栅。
相位调制技术可以用于所有干涉技术(包括外差检测)，并且能够实现无扫描的基于衍射的对准(或其他量测)，即在无需移动或扫描目标上方的斑点的情况下进行对准。此外，存在这种方法除了幅度信息之外还产生相位信息的优点。这能够实现基于衍射的对准的平衡外差检测。
可使用以下条项进一步描述实施例：
1.一种用于调制输入辐射的相位调制器设备；包括：
至少一个第一相位调制器，包括：
第一移动光栅，该第一移动光栅处于至少一种操作状态，该第一移动光栅用于衍射输入辐射并且使经衍射辐射的频率发生多普勒偏移；以及
第一补偿光栅元件，该第一补偿光栅元件包括节距，该节距被配置为补偿所述经衍射辐射的至少一个衍射阶的、依赖于波长的色散。
2.根据条项1所述的相位调制器设备，包括第一声光调制器，该第一声光调制器能够操作为提供第一移动光栅，该第一移动光栅为第一移动声光栅。
3.根据条项2所述的相位调制器设备，其中，第一声光调制器包括声光可调谐滤波器。
4.根据条项1、2或3所述的相位调制器设备，其中，第一相位调制器包括第一光学布置，所述第一光学布置用于将所述至少一个衍射阶重新聚焦到所述第一补偿光栅元件。
5.根据前述条项中的任一项所述的相位调制器设备，其中，第一补偿光栅元件的光栅节距与第一移动光栅的节距相匹配，所述匹配补偿施加在第一移动光栅和第一补偿光栅元件之间的任何介入放大率。
6.根据前述条项中的任一项所述的相位调制器设备，其中，所述输入辐射包括多个波长。
7.根据前述条项中的任一项所述的相位调制器设备，包括第二移动光栅，该第二移动光栅处于至少一种操作状态，该第二移动光栅能够操作为衍射从第一移动光栅输出的辐射并且使该经衍射辐射的频率发生多普勒偏移，以便降低从第一移动光栅输出的辐射的频率。
8.根据条项7所述的相位调制器设备，其中，由第一移动光栅衍射的所述至少一个衍射阶和由所述第二移动光栅衍射的至少一个衍射阶包括符号相反的衍射阶，使得从相位调制器设备输出的辐射的输出频率包括第一频率和第二频率的差，该第一频率用于产生第一移动光栅或第一移动光栅的移动，并且该第二频率用于产生第二移动光栅或第二移动光栅的移动。
9.根据条项8所述的相位调制器设备，包括第二声光调制器，该第二声光调制器能够操作为提供第二移动光栅，该第二移动光栅为第二移动声光栅。
10.根据条项9所述的相位调制器设备，其中，用于产生第一移动光栅的第一频率与用于产生第二移动光栅的第二频率的差小于1MHz。
11.根据条项10所述的相位调制器设备，其中所述符号相反的衍射阶包括+1衍射阶和-1衍射阶。
12.根据条项9、10或11所述的相位调制器设备，其中用于产生第二移动光栅的第二频率使得第二移动光栅的光栅节距与第一移动光栅的光栅节距相匹配，所述匹配补偿施加在第一移动光栅和第二移动光栅之间的任何介入放大率，使得所述第一补偿光栅元件包括所述第二移动光栅。
13.根据条项9至11中的任一项所述的相位调制器设备，包括第二相位调制器，所述第二相位调制器包括：
第二声光调制器；
第二补偿光栅元件；以及
第二光学布置，该第二光学布置用于将从第二移动光栅衍射的辐射的至少一个衍射阶重新聚焦到第二补偿光栅元件；
其中，第二补偿光栅元件包括节距，该节距被配置为补偿由所述第二移动光栅衍射的所述至少一个衍射阶的依赖于波长的色散。
14.根据条项13所述的相位调制器设备，其中，第二补偿光栅元件的光栅节距与第二移动光栅的光栅节距相匹配，所述匹配补偿施加在第二移动光栅和第二补偿光栅元件之间的任何介入放大率。
15.根据前述条项中的任一项所述的相位调制器设备，其中，多普勒偏移能够操作为对每个衍射阶施加与波长无关的线性时间变化相位偏移。
16.一种量测装置，该量测装置包括根据前述条项中的任一项所述的相位调制器设备。
17.根据条项16所述的量测装置，其中，所述相位调制器设备能够操作为相对于由结构的测量产生的一对互补的信号携带衍射阶中的一个信号携带衍射阶将线性时间变化相位差引入到该一对互补的信号携带衍射阶中的另一个。
18.根据条项16或17所述的量测装置，其中，该量测装置是离轴量测装置，并且相位调制器设备能够操作为对一对离轴测量束中的仅一个测量束施加线性时间变化相位偏移。
19.根据条项16所述的量测装置，其中，该量测装置是外差量测装置，其中相位调制器设备能够操作为对由量测装置产生的参考束施加线性时间变化相位偏移。
20.根据条项16至19中的任一项所述的量测装置，其中，相位调制器设备位于量测装置的照射布置中。
21.根据条项16至20中的任一项所述的量测装置，其中，量测装置包括对准传感器。
22.根据条项21所述的量测装置，能够操作为根据由于所述线性时间变化相位偏移且在不相对于对准标记移动测量束的情况下的对准标记的测量来产生经调制对准信号。
23.根据条项21或22所述的量测装置，能够操作为使用静态测量束相对于对准标记测量在衬底平面的任一尺寸小于6μm的对准标记。
24.一种光刻设备，该光刻设备包括条项21、22或23中的任一项所述的对准传感器。
23.
25.根据条项24所述的光刻设备，进一步包括：
衬底台，用于保持衬底；
掩膜版台，用于保持图案形成装置；以及
投影透镜，用于将所述图案形成装置上的图案投影到所述衬底上；
其中，对准传感器能够操作为测量衬底台和掩膜版台中的一个或两者的位置。
26.根据条项16至20中的任一项所述的量测装置，其中，该量测装置包括基于散射测量的量测设备。
与光刻设备相关使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有为或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在5-20nm的范围内的波长)，以及粒子束(诸如，离子束或电子束)。
术语“透镜”在内容背景允许的情况下可以指各种类型的光学部件中的任一光学部件或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电型光学部件。
上述描述的具体实施例将如此充分地揭示本发明的一般性质，使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识，在不偏离本发明的一般概念的情况下，容易地修改和/或适应这些具体实施例的各种应用而无需过度实验。因此，基于本文中呈现的教导和指导，这种适应和修改旨在处于所公开实施例的等同方案的含义和范围内。应当理解的是，本文中的措辞或术语是为了举例说明的目的，而不用于限制，因此本说明书的术语或措辞旨在由本领域技术人员根据教导和指导来解释。
本发明的广度和范围不应受到任何上述示例性实施例的限制，而是应当仅根据以下权利要求及其等同方案来限定。

Claims (15)

1.一种用于调制输入辐射的相位调制器设备；包括：
至少一个第一相位调制器，包括：
第一移动光栅，所述第一移动光栅处于至少一种操作状态，所述第一移动光栅用于衍射输入辐射并且使经衍射辐射的频率发生多普勒偏移；以及
第一补偿光栅元件，所述第一补偿光栅元件包括节距，所述节距被配置为补偿所述经衍射辐射的至少一个衍射阶的、依赖于波长的色散。
2.根据权利要求1所述的相位调制器设备，包括第一声光调制器，所述第一声光调制器能够操作为提供所述第一移动光栅，所述第一移动光栅为第一移动声光栅。
3.根据权利要求2所述的相位调制器设备，其中，所述第一声光调制器包括声光可调谐滤波器。
4.根据权利要求1、2或3所述的相位调制器设备，其中，所述第一相位调制器包括第一光学布置，所述第一光学布置用于将所述至少一个衍射阶重新聚焦到所述第一补偿光栅元件。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的相位调制器设备，其中，所述第一补偿光栅元件的光栅节距与所述第一移动光栅的节距相匹配，所述匹配补偿施加在所述第一移动光栅和所述第一补偿光栅元件之间的任何介入放大率。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的相位调制器设备，其中，所述输入辐射包括多个波长。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的相位调制器设备，包括第二移动光栅，所述第二移动光栅处于至少一种操作状态，所述第二移动光栅能够操作为衍射从所述第一移动光栅输出的辐射并且使经衍射辐射的频率发生多普勒偏移，以便降低从所述第一移动光栅输出的辐射的频率。
8.根据权利要求7所述的相位调制器设备，其中，由所述第一移动光栅衍射的所述至少一个衍射阶和由所述第二移动光栅衍射的至少一个衍射阶包括符号相反的衍射阶，使得从所述相位调制器设备输出的辐射的输出频率包括第一频率和第二频率的差，所述第一频率用于产生所述第一移动光栅或所述第一移动光栅的移动，并且所述第二频率用于产生所述第二移动光栅或所述第二移动光栅的移动。
9.根据权利要求8所述的相位调制器设备，包括第二声光调制器，所述第二声光调制器能够操作为提供所述第二移动光栅，所述第二移动光栅为第二移动声光栅。
10.根据权利要求9所述的相位调制器设备，其中，用于产生所述第一移动光栅的第一频率与用于产生所述第二移动光栅的第二频率的差小于1MHz。
11.根据权利要求10所述的相位调制器设备，其中所述符号相反的衍射阶包括+1衍射阶和-1衍射阶。
12.根据权利要求9、10或11所述的相位调制器设备，其中用于产生所述第二移动光栅的第二频率使得所述第二移动光栅的光栅节距与所述第一移动光栅的光栅节距相匹配，所述匹配补偿施加在所述第一移动光栅和所述第二移动光栅之间的任何介入放大率，使得所述第一补偿光栅元件包括所述第二移动光栅。
13.根据权利要求9至11中的任一项所述的相位调制器设备，包括第二相位调制器，所述第二相位调制器包括：
第二声光调制器；
第二补偿光栅元件；以及
第二光学布置，所述第二光学布置用于将从所述第二移动光栅衍射的辐射的至少一个衍射阶重新聚焦到所述第二补偿光栅元件；
其中，所述第二补偿光栅元件包括节距，所述节距被配置为补偿由所述第二移动光栅衍射的所述至少一个衍射阶的依赖于波长的色散。
14.根据权利要求13所述的相位调制器设备，其中，所述第二补偿光栅元件的光栅节距与所述第二移动光栅的光栅节距相匹配，所述匹配补偿施加在所述第二移动光栅和所述第二补偿光栅元件之间的任何介入放大率。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的相位调制器设备，其中，所述多普勒偏移能够操作为对每个衍射阶施加与波长无关的线性时间变化相位偏移。
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