CN114174929A - 基于波长扫描的对准传感器 - Google Patents

Abstract

一种对准方法，包括：将具有变化的波长或频率的照射束引向对准目标，从对准目标收集衍射束并引向干涉仪。对准方法还包括通过干涉仪从衍射束产生两个衍射子束，其中衍射子束被正交偏振、围绕对准轴相对于彼此旋转180度，并且在空间上重叠。对准方法还包括基于时间相移测量衍射束的干涉强度，其中时间相移是照射束的变化的波长或频率和衍射束之间的固定光程差的函数。对准方法还包括根据测量的干涉强度确定对准目标的位置。

Description

基于波长扫描的对准传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月31日提交的美国临时专利申请号62/880,715的优先权，在此将其全文引入作为参考。

技术领域

本公开涉及对准设备和系统，例如，用于光刻设备和系统的对准传感器设备。

背景技术

光刻设备是将所需图案施加到衬底上——通常施加到衬底的目标部分上——的机器。光刻设备可用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，图案形成装置(可替换地称为掩模或掩模版)可用于产生要在IC的单个层上形成的电路图案。可将此图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干个裸片的一部分)上。图案的转移通常通过成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含连续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；以及所谓的扫描仪，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反平行于该扫描方向同步扫描目标部分，来照射每个目标部分。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移到衬底。

在光刻操作期间，不同的处理步骤可能需要在衬底上顺序地形成不同的层。因此，可能需要相对于在其上形成的现有图案以高精度定位衬底。通常，对准标记被放置在待对准的衬底上，并相对于第二物体定位。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的精确曝光。两个不同层的对准标记之间的未对准被测量为套刻误差。

因此，需要一种系统和方法来提供具有高精度和较少变化的对准。

发明内容

在本公开中描述了对准系统和方法的实施例。

本发明的一个方面提供一种对准设备，其包含：照射系统，被配置以提供具有变化的波长或频率的照射束，所述照射束被引向对准目标。该对准设备还包括干涉仪和检测系统，该检测系统被配置成从对准目标收集衍射束并将衍射束引向干涉仪，其中该干涉仪被配置成从衍射束产生两个衍射子束。对准设备还包括信号分析器，其被配置为基于衍射束之间的时间相移来确定对准目标的位置，其中衍射束之间的时间相移是照射束的变化的波长或频率和衍射束之间的固定光程差的函数。

在一些实施例中，干涉仪包括自参考干涉仪，该自参考干涉仪被配置以产生正交偏振的衍射子束，该正交偏振的衍射子束围绕对准设备的对准轴相对于彼此旋转180度，并且在空间上彼此重叠。

在一些实施例中，对准设备还包括波片，该波片被配置为针对对准设备的半光瞳改变衍射束的偏振状态。

在一些实施例中，对准设备还包括相位延迟器，该相位延迟器被配置产生衍射束之间的固定光程差。在一些实施例中，相位延迟器包括双折射晶体。

在一些实施例中，检测系统还包括被配置为在衍射束之间产生固定光程差的光学器件。在一些实施例中，光学器件包括反射镜，该反射镜具有用于对准设备的半光瞳的台阶高度。

在一些实施例中，检测系统被配置为将照射束分成照射子束并提供朝向对准目标的离轴照射。在一些实施例中，检测系统还包括光学组件，该光学组件被配置成在照射子束之间产生固定的光程差。在一些实施例中，光学组件包括回射反射镜和分束器。

在一些实施例中，照射系统包括可调谐滤波器，其被配置为产生具有变化的波长或频率的照射束。

本发明的另一方面提供一种用于对准的方法。该方法包括将具有变化的波长或频率的照射束引向对准目标，从对准目标收集衍射束并将衍射束引向干涉仪。该方法还包括通过干涉仪从衍射束产生衍射子束，其中衍射子束被正交偏振、围绕对准设备的对准轴相对于彼此旋转180度、并且在空间上彼此重叠。该方法还包括基于衍射束之间的时间相移测量衍射束的干涉强度，其中时间相移是照射束的变化的波长或频率和衍射束之间的固定光程差的函数。该方法还包括根据测得的干涉强度确定对准目标的位置。

在一些实施例中，该方法还包括：针对对准设备的半光瞳，通过波片改变衍射束的偏振状态。

在一些实施例中，该方法还包括通过相位延迟器产生衍射束之间的固定光程差。在一些实施例中，相位延迟器可以是双折射晶体。

在一些实施例中，该方法还包括通过光学器件产生衍射束之间的固定光程差。在一些实施例中，光学器件可以是反射镜，该反射镜具有用于对准设备的半光瞳的台阶高度。

在一些实施例中，将照射光束引向对准目标包括以倾斜角度照射对准目标。在一些实施例中，该方法还包括将照射束分成照射子束，并在照射子束之间产生固定的光程差。

在一些实施例中，该方法还包括通过可调滤波器产生具有变化的波长或频率的照射束。

下面参考附图详细描述本发明的其它特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。注意，本发明不限于这里描述的特定实施例。在此提出的这些实施例仅用于说明的目的。基于本文所包含的教示，相关领域的技术人员将明了其它实施例。

附图说明

结合于此并形成说明书一部分的附图示出了本发明，并与说明书一起进一步用于解释本发明的原理，并使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。

图1A是根据示例性实施例的反射光刻设备的示意图。

图1B是根据示例性实施例的透射光刻设备的示意图。

图2是根据示例性实施例的反射光刻设备的更详细的示意图。

图3是根据示例性实施例的光刻单元的示意图。

图4是根据示例性实施例的对准设备的示意图。

图5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6示出了根据本公开的一些实施例的示例性光学配置。

图7A、图7B和图7C示出根据本公开的一些实施例的示例性对准设备。

图8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9示出了根据本公开的一些实施例的示例性测量。

图10示出了根据本发明的一些实施例的另一示例性对准设备。

图11示出了根据本公开的一些实施例的具有离轴照射的示例性对准设备。

图12示出了根据本公开的一些实施例的用于测量对准位置的示例性方法。

本发明的特征和优点将从以下结合附图阐述的详细描述中变得更加明显，在附图中相同的参考符号始终标识相应的元件。在附图中，相同的附图标记通常表示相同、功能类似和/或结构类似的元件。另外，通常，附图标记的最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。除非另有说明，在整个公开内容中提供的附图不应被解释为按比例绘制的附图。

具体实施方式

本说明书公开了结合本发明特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅举例说明本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附权利要求限定。

所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”，“实施例”，“示例实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应理解无论是否明确描述，结合其它实施例实现此类特征、结构或特性在所属领域的技术人员的知识范围内。

在此可以使用空间上相对的术语，例如“在……之下”，“在……下方”，“低于”，“在……上方”，“在……上”，“上”等，以便于描述如图所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了图中所示的定向之外，空间上相对的术语旨在包括使用或操作中的装置的不同定向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或以其他定向)并且在此使用的空间上相对的描述符同样可以相应地解释。

如本文所用的术语“约”指示可基于特定技术变化的给定量的值。基于特定技术，术语“约”可表示在例如值的10-30％(例如值的±10％，±20％或±30％)内变化的给定量的值。

本发明的实施例可实施于硬件、固件、软件或其任何组合中。本公开的实施例还可被实现为存储在机器可读介质上的指令，其可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)；磁盘存储介质；光存储介质；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、例程和/或指令在本文中可被描述为执行某些动作。然而，应了解，此类描述仅为方便起见，且此类动作实际上由执行固件、软件、例程、指令等的计算装置、处理器、控制器或其它装置产生。

然而，在更详细地描述这些实施例之前，提供其中可以实现本公开的实施例的示例环境是有益的。

示例光刻系统

图1A和图1B分别是其中可以实现本发明的实施例的光刻设备100和光刻设备100'的示意图。光刻设备100和光刻设备100'各自包括以下各项：照射系统(照射器)IL，其被配置为调节辐射束B(例如，深紫外线或极紫外线辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，其被配置为支撑图案形成装置(例如，掩模、掩模版或动态图案形成装置)MA并连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为精确地定位图案形成装置MA；以及衬底台(例如，晶片台)WT，其被配置为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并连接到第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为精确地定位衬底W。光刻设备100和100'还具有投影系统PS，其被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分(例如，包括一个或多个裸片)C上。在光刻设备100中，图案形成装置MA和投影系统PS是反射性的。在光刻设备100'中，图案形成装置MA和投影系统PS是透射性的。

照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、折反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或它们的任意组合，用于引导、成形或控制辐射束B。

支撑结构MT以如下方式保持图案形成装置MA，该方式取决于图案形成装置MA相对于参考框架的定向，光刻设备100和100'中至少一者的设计，以及其它条件，诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中。支撑结构MT可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以是例如框架或台，其可以根据需要是固定的或可移动的。通过使用传感器，支撑结构MT可以确保图案形成装置MA处于例如相对于投影系统PS的期望位置。

术语“图案形成装置”MA应当广义地解释为指的是能够用于向辐射束B在其横截面上赋予图案的任何装置，以便在衬底W的目标部分C中产生图案。赋予辐射束B的图案可以对应于在器件中在目标部分C中产生的用以形成集成电路的特定功能层。

图案形成装置MA可以是透射性的(如在图1B的光刻设备100'中)或反射性的(如在图1A的光刻设备100中)。图案形成装置MA的实例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列或可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元、交替相移或衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向上反射进入的辐射束。倾斜的反射镜在辐射束B中赋予图案，该图案被小反射镜的矩阵反射。

术语“投影系统”PS可以包括任何类型的投影系统，包括折射型的、反射型的、折反射型的、磁性型的、电磁型的和静电型的光学系统，或它们的任何组合，视所使用的曝光辐射或其它因素而定，该其他因素诸如在衬底W上使用浸没液体或使用真空。真空环境可用于EUV或电子束辐射，因为其它气体可吸收过多的辐射或电子。因此可以借助于真空壁和真空泵为整个光束路径提供真空环境。

光刻设备100和/或光刻设备100'可以是具有两个(双台)或更多衬底台WT(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加的衬底台WT，或者可以在一个或多个台上执行准备步骤的同时使用一个或多个其它衬底台WT进行曝光。在一些情况下，附加台可以不是衬底台WT。

光刻设备还可以是其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以填充投影系统和衬底之间的空间。还可以将浸没液体施加到光刻设备中的其它空间，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中是公知的，用于增加投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是仅仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参考图1A和1B，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当源SO是准分子激光器时，源SO和光刻设备100，100'可以是分离的物理实体。在这种情况下，源SO不被认为形成光刻设备100或100'的一部分，并且辐射束B借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD(在图1B中)从源SO传递到照射器IL。在其它情况下，源SO可以是光刻设备100，100'的整体部分，例如当源SO是汞灯时。如果需要，源SO和照射器IL以及束传递系统BD可以被称为辐射系统。

照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD(在图1B中)。通常，至少可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为“σ-外部”和“σ-内部”)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件(在图1B中)，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器IL可以用于调节辐射束B，以在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。

参照图1A，辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并由图案形成装置MA形成图案。在光刻设备100中，辐射束B从图案形成装置(例如掩模)MA反射。在从图案形成装置(例如掩模)MA反射之后，辐射束B穿过投影系统PS，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和位置传感器IF2(例如，干涉测量装置，线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以精确地移动(例如，以便在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C)。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器IF1可用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如掩模)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(例如，掩模)MA和衬底W。

参照图1B，辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模MA)上，并由图案形成装置形成图案。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。投影系统具有与照射系统光瞳IPU共轭的光瞳PPU。部分辐射从照射系统光瞳IPU处的强度分布发出并穿过掩模图案而不受掩模图案处的衍射影响，并在照射系统光瞳IPU处产生强度分布的图像。

投影系统PS将掩模图案MP的图像MP'投影到涂覆在衬底W上的光致抗蚀剂层上，其中图像MP'由通过来自强度分布的辐射从标记图案MP产生的衍射束形成。例如，掩模图案MP可以包括线和间隔的阵列。辐射在阵列处的不同于零级衍射的衍射产生在垂直于线的方向上具有方向变化的转向衍射束。未衍射束(即所谓的零阶衍射束)在传播方向上没有任何变化地穿过图案。零阶衍射束在投影系统PS的光瞳共轭PPU的上游穿过投影系统PS的上透镜或上透镜组，以到达光瞳共轭PPU。强度分布在光瞳共轭PPU的平面中并与零阶衍射束相关联的部分是照射系统IL的照射系统光瞳IPU中的强度分布的图像。光圈装置PD例如设置在或基本上设置在包括投影系统PS的光瞳共轭PPU的平面上。

投影系统PS被布置成通过透镜或透镜组L不仅捕获零阶衍射束，而且捕获一阶或一阶和更高阶衍射束(未示出)。在一些实施例中，用于成像在垂直于线的方向上延伸的线图案的偶极照射可用于利用偶极照射的分辨率增强效应。例如，第一级衍射束在晶片W的水平处与相应的零级衍射束干涉，以在最高可能的分辨率和工艺窗口(即，与可容忍的曝光剂量偏差相结合的可用焦深)处产生线图案MP的图像。在一些实施例中，可以通过在照射系统光瞳IPU的相对象限中提供辐射极(未示出)来减小像散像差。此外，在一些实施例中，可以通过阻挡与相对象限中的辐射极相关联的投影系统的光瞳共轭PPU中的零阶束来减小像散像差。这在2009年3月31日公布的US7,511,799B2中更详细地描述，其全文通过引用而并入本文。

借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置，线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以精确地移动(例如，以便在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C)。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(图1B中未示出)可用于相对于辐射束B的路径精确地定位掩模MA(例如，在从掩模库机械取回之后或在扫描期间)。

通常，掩模台MT的移动可以借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现，所述长行程模块和短行程模块形成第一定位器PM的一部分。类似地，可以使用长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT的移动，所述长行程模块和短行程模块形成第二定位器PW的一部分。在步进器(与扫描仪相对)的情况下，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准掩模MA和衬底W。尽管衬底对准标记(如图所示)占据了专用的目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(称为划线对准标记)。类似地，在掩模MA上提供多于一个裸片的情况下，掩模对准标记可以位于裸片之间。

掩模台MT和图案形成装置MA可以在真空室V中，其中真空机器人IVR可以用于将图案形成装置例如掩模移入和移出真空室。可替换地，当掩模台MT和图案形成装置MA在真空室的外部时，可以使用真空外机器人进行各种运输操作，这类似于真空机器人IVR。真空内和真空外机器人都需要被校准，以便将任何有效载荷(例如，掩模)平滑地传送到传送站的固定运动支座。

光刻设备100和100'可以用于以下模式中的至少一种：

1.在步进模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT保持基本静止，而赋予辐射束B的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后在X和/或Y方向上移动衬底台WT，使得可以曝光不同的目标部分C。

2.在扫描模式中，在将赋予辐射束B的图案投影到目标部分C上的同时同步地扫描支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如，掩模台)MT的速度和方向可以由投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。

3.在另一种模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT基本上保持静止，从而保持可编程图案形成装置，并且在赋予辐射束B的图案被投影到目标部分C上的同时移动或扫描衬底台WT。可以使用脉冲辐射源SO，并且在衬底台WT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。此操作模式可容易地应用于利用可编程图案形成装置(例如，可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

也可以采用所描述的使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变化。

在另一实施例中，光刻设备100包括极紫外(EUV)源，其被配置成产生用于EUV光刻的EUV辐射束。通常，EUV源被配置在辐射系统中，并且相应的照射系统被配置成调节EUV源的EUV辐射束。

图2更详细地示出了光刻设备100，包括源收集器设备SO、照射系统IL和投影系统PS。源收集器设备50被构造和布置为使得真空环境可以保持在封闭结构220中。源收集器设备50包括源室211和收集器室212，并被配置成产生和透射EUV辐射。EUV辐射可由气体或蒸气产生，例如Xe气体，Li蒸气或Sn蒸气，其中产生发射EUV辐射的等离子体210以发射EUV范围内的电磁频谱的辐射。至少部分电离的发射EUV辐射的等离子体210可通过例如放电或激光束产生。为了有效地产生辐射，可能需要例如10Pa的Xe，Li，Sn蒸气或任何其它合适的气体或蒸气的分压。在一个实施例中，提供激励锡(Sn)的等离子体以产生EUV辐射。

由发射EUV辐射的210发射的辐射从源室211经由可选的气体阻挡件或污染物陷阱230(在一些情况下也称为污染物阻挡件或箔陷阱)进入收集器室212，该气体阻挡件或污染物陷阱230位于源室211中的开口中或后面。污染物陷阱230可以包括通道结构。污染物收集器230还可包括气体阻挡件或气体阻挡件和通道结构的组合。此处进一步指出的污染物陷阱或污染物阻挡件230至少包括通道结构。

收集室212可以包括辐射收集器CO，其可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器CO具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。穿过收集器CO的辐射可以从光栅光谱滤波器240反射，以聚焦在虚拟源点IF。虚拟源点IF通常被称为中间焦点，并且源收集器设备被布置成使得中间焦点IF位于包围结构220中的开口219处或附近。虚拟源点IF是发射辐射的等离子体210的图像。光栅光谱过滤器240特别用于抑制红外(IR)辐射。

随后，辐射穿过照射系统IL，照射系统IL可以包括多刻面场反射镜装置222和多刻面光瞳反射镜装置224，多刻面反射镜装置222和多刻面光瞳反射镜装置224被布置成在图案形成装置MA处提供辐射束221的期望角分布，以及在图案形成装置MA处提供辐射强度的期望均匀性。当辐射束221在由支撑结构MT保持的图案形成装置MA处反射时，形成图案束226，并且图案束226由投影系统PS经由反射元件228，229成像到由晶片台或衬底台WT保持的衬底W上。

在照射光学单元IL和投影系统PS中通常可以存在比所示出的更多的元件。根据光刻设备的类型，光栅光谱滤波器240可以可选地存在。此外，可以存在比图2所示的反射镜更多的反射镜，例如在投影系统PS中可以存在除了图2所示之外的1至6个额外的反射元件。

如图2所示，只是作为集光器(或集光镜)的示例，集光器CO被描绘为具有掠入射反射器253，254和255的嵌套集光器。掠入射反射器253，254和255围绕光轴O轴对称设置，并且这种类型的集光器CO优选地与通常称为DPP源的放电产生等离子体源结合使用。

示例性光刻单元

图3示出了光刻单元300，有时也称为光刻单元或簇。光刻设备100或100'可以形成光刻单元300的一部分。光刻单元300还可以包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后工艺的一个或多个装置。常规地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC，用于显影曝光的抗蚀剂的显影器DE，冷却板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机械手RO从输入/输出端口I/O1，I/O2拾取衬底，在不同的处理设备之间移动它们，并将它们传送到光刻设备100或100'的装载舱LB。这些通常统称为轨道的装置处于轨道控制单元TCU的控制下，该轨道控制单元TCU本身由监督控制系统SCS控制，该监督控制系统SCS还经由光刻控制单元LACU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。

使用干涉的示例性对准设备

为了控制光刻工艺以将器件特征精确地放置在衬底上，通常在衬底上提供对准“标记”或“目标”，并且光刻设备包括一个或多个对准设备和/或系统，通过所述对准设备和/或系统必须精确地测量衬底上的标记的位置。这些对准设备是有效的位置测量装置。从不同的时间和不同的制造商已知不同类型的标记和不同类型的对准设备和/或系统。在当前光刻设备中广泛使用的一种类型的系统基于美国专利No.6,961,116(den Boef等人)和No.6,628,406(Kreuzer)中描述的自参考干涉仪。通常，分别测量标记以获得X-位置和Y-位置。组合的X-测量和Y-测量可以使用美国专利No.8,208,121(Bijnen等人)中描述的技术进行。这些公开的全部内容通过引用而并入本文。

图4示出了根据一个实施例的可以实现为光刻设备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还可被配置成检测衬底上的对准标记的位置，并使用检测到的对准标记的位置相对于光刻设备100或100'的图案形成装置或其它部件对准衬底。衬底的这种对准可以确保衬底上的一个或多个图案的精确曝光。

根据一个实施例，根据该实施例的示例，对准设备400可以包括照射系统412、分束器414、干涉仪426、检测器428和信号分析器430。照射系统412可以被配置成提供具有一个或多个通带的电磁窄带辐射束413。在一个示例中，一个或多个通带可以在约500nm至约900nm之间的波长光谱内。在另一示例中，所述一个或多个通带可为约500nm到约900nm之间的波长光谱内的离散窄通带。

分束器414可以被配置成接收辐射束413并将辐射子束415引导到放置在台422上的衬底420上。在一个示例中，台422可沿方向424移动。辐射子束415可以被配置成照射位于衬底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可具有180度(即，180°)的对称性。即，当对准标记或目标418围绕垂直于对准标记或目标418的平面的对称轴线旋转180°时，旋转的对准标记或目标418可与未旋转的对准标记或目标418基本相同。衬底420上的目标418可以是(a)包括由固体抗蚀剂线形成的条的抗蚀剂层光栅，或(b)产品层光栅，或(c)包括覆盖或交错在产品层光栅上的抗蚀剂光栅的套刻目标结构中的复合光栅堆叠。可替换地，条可以被蚀刻到衬底中。

根据一个实施例，分束器414还可以被配置成接收衍射辐射束419并将衍射辐射子束429引向干涉仪426。

在示例实施例中，衍射的辐射子束429可以是可以从对准标记或目标418反射的辐射子束415的至少一部分。在该实施例的示例中，干涉仪426包括任何适当的光学元件组，例如，棱镜的组合，其可以被配置为基于所接收的衍射辐射子束429形成对准标记或目标418的两个图像。干涉仪426还可以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°，并且干涉地重新组合旋转的和未旋转的图像。在一些实施例中，干涉仪426可以是自参考干涉仪，其在美国专利No.6,628,406(Kreuzer)中公开并通过引用整体并入本文。

在一个实施例中，检测器428可以被配置成经由干涉仪信号427接收重新组合的图像，并且当对准设备400的对准轴421穿过对准标记或目标418的对称中心(未示出)时检测作为重新组合的图像的结果的干涉。根据示例实施例，这种干扰可能是由于对准标记或目标418是180°对称的，并且重组图像相长或相消地干扰。基于检测到的干涉，检测器428可进一步配置成确定对准标记或目标418的对称中心的位置，并因此检测衬底420的位置。根据一个示例，对准轴421可以与垂直于衬底420并穿过图像旋转干涉仪426的中心的光束对准。检测器428还可以被配置成通过实现传感器特性并与晶片标记的工艺变化相互作用来估计对准标记或目标418的位置。

在另一实施例中，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：

1.测量各种波长的位置变化(颜色之间的位置偏移)；

2.测量各种阶的位置变化(衍射阶之间的位置偏移)；以及

3.测量各种偏振的位置变化(偏振之间的位置偏移)。

该数据例如可以利用任何类型的对准传感器获得，例如美国专利No.6,961,116中描述的SMASH(SMart对准传感器混合)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，并且以软件或ATHENA(使用高阶对准增强的先进技术)提取对准信号，如美国专利No.6,297,876中描述的，其将七个衍射阶中的每一个引导到专用检测器，这两个专利的全部内容通过引用并入本文。

在一个实施例中，信号分析器430可以被配置为确定台422的位置，并将台422的位置与对准标记或目标418的对称中心的位置相关联。这样，对准标记或目标418的位置以及因此衬底420的位置可以参考工作台422精确地知道。

在一些实施例中，检测器428可以是检测器阵列，从而允许精确的堆叠轮廓检测的可能性。对于探测器阵列，多个选项是可能的：多模式光纤束，每个通道的离散针脚检测器，或CCD或CMOS(线性)阵列。多模式光纤束的使用使得任何耗散元件能够出于稳定性原因而被远程定位。离散的PIN检测器提供大的动态范围，但每个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线性阵列提供许多可以高速读出的元件，并且如果使用相位步进检测，则尤其感兴趣。

对准标记和衍射光栅

图5示出了根据一个实施例的衍射光栅518的截面图。衍射光栅518可以包括在衬底520上形成的间距或周期“Λ”和光栅线宽“d”。高衍射阶的效率可以由衍射光栅518的参数确定，例如光栅结构的轮廓(例如，矩形形状)，膜堆叠厚度“t”，占空比“F”等。占空比“F”可以被定义为光栅宽度d与间距Λ的比率，即，F＝d/Λ。衍射效率可以使用严格的矢量波建模或各种其它方法来预测，以求解在光传播时充分描述电磁场的麦克斯韦方程。

在一个示例中，衍射光栅518的光谱特性(例如，衍射角)可以由光栅方程来描述。例如，在具有波长λ的辐射束515的法向入射下，第m级的衍射角θm可以通过以下公式来预测：

Λsin(θ_m)＝mλ(正入射) (1)

衍射光栅可用作对准标记。对准系统的操作可以基于两个对称高阶衍射之间的相移，例如，分别具有m＝+1和m＝-1的衍射束519-1和519-2之间的相移。当衍射光栅518不移动时，衍射束519-1和519-2的频率可以相同，即v·λ＝c，其中c是光速。在这个示例中，衍射束519-1和519-2是同相的。如果衍射光栅518或衬底520例如沿扫描方向524相对于物镜536或干涉仪(未示出)以速度Vstage移动，则衍射束519-1的频率可以增加Δν，而衍射束519-2的频率可以由于多普勒效应而减小Δν。当衍射束519-1和519-2到达干涉仪时，频率差可以导致时间相移

其中时间相移

可以表示为：

其它高阶衍射束遵循类似的行为。照此，在干涉仪的输出处测量的光强度ISUM可以是光栅偏移x0、光栅的中心对称相对于对准设备的对准轴521的移位的函数：

通过扫描光栅518，对准信号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，可以滤除噪声和其它因素，并且可以通过参数拟合和从测量的光强度ISUM中提取来确定光栅偏移x0。

在一些实施例中，等式(3)可用作确定对准目标的位置的一般方法，其中总相移Ψ包括两个分量——时间相移

和与时间无关的相移

——即，

与时间无关的相移

可以是光栅偏移x0的函数，即，

通过在总相移Ψ，中引入时间相移

光强度ISUM也变成时间相关函数。这样，可以通过曲线拟合和/或参数提取来确定与时间无关的相移

或光栅偏移x0。

然而，可以通过除等式(2)中所示的光栅扫描之外的方法来产生时间相移

在一些实施例中，下面描述由波长扫描产生的时间相移

使用波长调制的示例性定位系统

即使当光刻系统在用于集成电路的先进技术节点处提供越来越小的图案化特征时，其也需要增加接收越来越小的对准标记或目标的不同光刻层级之间的精确对准。对准标记通常可以放置在划线道(scribe lane)，即芯片或裸片(产品区域)之间的区域中，其随后在封装之前在裸片切割时被丢弃。对于给定的工艺监控区域，较小的尺寸也允许更多的对准标记分布在不同的位置，以改善跨晶片的对准和/或套刻均匀性。可替换地，对于具有大面积的裸片，可以在裸片内放置较小的对准标记，以改善产品芯片上的对准。

目前，基于干涉的对准系统依赖于光栅扫描来产生调制的对准信号。因此，长的对准标记被设计成为扫描提供足够的距离。在基于图像的对准系统中，可以使用小的对准标记。然而，由于大的数据采集和处理，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波长调制或波长扫描与小标记对准的设备和方法。小至10μm×10m的对准标记足以提供具有良好分辨率的对准信号。同时，该设备和方法不需要移动部件并且可以以静态模式操作。在不扫描光栅或移动晶片台的情况下，可以避免振动问题。

图6示出了根据示例性实施例的光学系统600的示意图。光学系统600通过使用波长扫描来说明相位调制的操作原理。在该示例中，由照射系统638和分束器640产生两个相干光束，其中这两个光束分别在第一和第二反射对象642/644处反射，并在干涉仪626处测量。由于固定的光程差(OPD)，在干涉仪626处测量的光强度取决于这两个光束之间的相移

其中

v是图6中光束的频率，并且固定的OPD＝2b。尺寸b是从分束器640到第一和第二反射物体642/644的距离差。由于光行进至并且行进离开第一和第二反射物体642/644，所以实际固定的OPD是尺寸b的两倍。

如等式(4)所示，相移

是波长的函数。因此，通过扫掠光束的波长λ或频率v，相移

可以变成时间函数：

将等式(5)中的时间相移

代入等式(3)中的衍射光栅的光强度ISUM，可产生经调制的对准信号，且因此可确定对准标记的光栅偏移x0。

注意，等式(5)中的时间相移

是频率变化Δν(即，变化的频率或频率调制)的线性函数。在一些实施例中，等式(5)中的时间相移

也可以表示为波长λ的函数。

其中Δλ是波长的变化(即，波长的变化或波长的调制)。

根据等式(5)或(6)中的时间相移

的表达式，除了光束的波长或频率调制之外，还需要光束之间的不等路径(例如OPD≠0)来产生时间相移

图7A示出了根据本公开的一些实施例的示例性对准设备700。对准设备700可以被配置成基于衍射束的时间相位调制来测量对准标记的位置，其中时间相位调制是通过扫描光源的波长或频率来生成的。对准设备700可以构建为光刻设备100或100'的一部分，或者可以构建为光刻单元或簇300中的独立单元，并且在操作期间与其它设备一起工作。在一些实施例中，对准设备700包括照射系统746、检测系统748、干涉仪750和信号分析器752。

对准设备700的照射系统746包括光源754和可调滤波器756，并被配置成提供照射束758。检测系统748包括物镜760和斑反射镜(spot mirror)762，并被配置成将照射束758导向对准目标764，收集从对准目标764返回的衍射束(例如，正衍射束766和负衍射束768)，并将正衍射束766和负衍射束768导向干涉仪750。在一些实施例中，干涉仪750包括自参考干涉仪(SRI)770。在一些实施例中，干涉仪750还包括波片772和相位延迟器774。干涉仪750可以被配置成从正衍射束766和负衍射束768产生衍射子束(例如，正衍射子束766-1，766-2，768-1和768-2)。信号分析器752可以包括检测器和处理器(图7A中未示出)，并且被配置成基于正衍射子束与负衍射子束之间(例如，766-1与768-2之间，或766-2与768-1之间)的时间相移来确定对准目标764的位置，其中正衍射子束与负衍射子束之间(例如，766-1与768-2之间，或766-2与768-1之间)的时间相移是照射束758的变化的波长或频率的函数。

在一些实施例中，光源754发射空间相干辐射束780。在一些实施例中，光源754可以被配置成提供宽带电磁辐射束780，例如具有基本上连续的频率或波长的白光。在一些实施例中，辐射束780可以分别是波长在约500nm到约700nm之间和约700nm到约2μm之间的可见光或红外光。在一些实施例中，光源754可以包括一个或多个辐射源，每个辐射源在大约500nm到大约2m之间的波长光谱内产生一个或多个通带。在该示例中，辐射束780可以是来自一个或多个辐射源的一个或多个通带的组合，并且还可以具有基本上连续的波长。在一些实施例中，辐射束780的波长范围还可以包括紫外线。

可调滤波器756提供对辐射束780的电控制并产生照射束758。可调滤波器756的示例可以是声光可调滤波器(AOTF)。AOTF中特定双折射晶体的光学特性随与声波的相互作用而变化。用射频(RF)信号改变声频可以改变晶体的衍射特性，从而调谐输入辐射束的波长。AOTF通带的中心波长λcenter由λ_center∝V_a·Δn_AOTF/f确定，其中Va是声波速度，ΔnAOTF是声光晶体的双折射，并且f是声波频率。在一个示例中，AOTF可以提供从约400nm到650nm可调的中心波长λ_center，其具有从约1nm到8nm的线宽。当照射束758的中心波长λ_center与声波频率f成反比时，中心频率ν_center可以与声波频率f线性地成比例：

将等式(7)代入等式(5)，时间相移

可以表示为：

通过使用诸如AOTF的可调谐滤波器756，时间相移

可以线性地依赖于AOTF的声波频率Δf的调制，从而可以直接由AOTF上施加的RF信号的频率来控制。注意，可调滤波器756不限于AOTF。也可以使用其它滤波器，例如液晶可调滤波器和法布里-珀罗可调滤波器。

在一些实施例中，光源754和可调谐滤波器756可由可直接产生具有可调谐连续波的照射束758的可调谐激光器(例如，染料激光器、钛-蓝宝石激光器或可调谐固态激光器等)替代。

在一些实施例中，照射束758可以是偏振束，例如具有线偏振，圆偏振或椭圆偏振。来自光源754的非偏振照射可以通过使用诸如二向色偏振器、晶体偏振器或线栅偏振器的偏振器来改变成偏振束。照射束758的两个正交偏振方向可以描述为p偏振和s偏振。例如，p偏振具有平行于入射平面的电场，s偏振具有垂直于入射平面的电场。

在一些实施例中，照射光束758优选是圆偏振的。在对准目标764被设计为具有小尺寸衍射光栅的示例中，光栅间距Λ可以小于照射束758的波长。具有亚波长间距的光栅可以表现为具有所谓的“形状双折射(form birefringence)”光学特性的人造各向异性材料。由于光栅结构的几何各向异性，两个正交偏振束(例如，平行和垂直于光栅凹槽)可能遇到不同的有效折射率，并因此获得相位差。此外，在具有亚波长光栅的示例中，衍射效率取决于偏振方向。在一些情况下，亚波长光栅可以像偏振器一样工作，并且仅衍射具有特定偏振方向的束。因此，圆偏振入射束比线性偏振束优选。

在图7A所示的示例中，斑反射镜762可被配置成接收照射束758并通过物镜760将照射束758导向对准目标764。斑反射镜762还可以被配置成收集和引导正衍射束766和负衍射束768朝向自参考干涉仪(SRI)770。在一些实施例中，斑反射镜762可以由具有设置在立方体中心的反射金属层的透射立方体形成。在一些实施例中，斑反射镜762可以由分束器代替。

应当注意，尽管斑反射镜762被示出为将照射束758朝向对准目标764反射并且将正衍射束766和负衍射束768朝向SRI 770透射，但是本公开不限于此。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以使用其它光学装置来获得类似的结果。

在半导体制造工艺期间，晶片可以在主光刻透镜下方移动。晶片如何精确地定位在该曝光透镜下直接决定半导体产品的质量。因此，对准标记从第一光刻层级开始被放置在晶片上以确保晶片位置的精度。

图8示出了根据本公开的一些实施例的示例性对准标记。在一些实施例中，对准标记可以是图7A中的对准目标764。对准目标764可以是使用现有水平的光刻掩模(图7A中未示出)通过图案转移而在衬底782上形成的结构。用于形成对准目标764的材料和膜堆叠可以取决于现有水平的光刻掩模上的对准目标764的布局和衬底782所通过的工艺。在一些实施例中，对准目标764可以由辐射敏感膜(例如，光致抗蚀剂)制成或涂覆有该辐射敏感膜。对准目标764的设计要求(例如，形状和尺寸)取决于所使用的对准系统和对准方法。在一些实施例中，对准目标764可以是具有大约50％的典型占空比的一维光栅(如图5所示)。在一些实施例中，对准目标764可以是二维阵列或光栅(如图8所示)。在一个示例中，照射束758的斑尺寸至少大于对准目标764在x方向和y方向两者上的尺寸。

再参考图7A，物镜760将照射束758聚焦到对准目标764上，并收集从对准目标764反射的正和负衍射束766和768。本领域技术人员已知，也可以使用其它聚焦光学系统来提供类似的功能。

在一些实施例中，来自对准目标764的正和负衍射束766和768包括对称分布的高阶衍射束，即等式(1)中m≠0，例如分别为+1和-1，+2和-2，…，+n和-n，…。在该示例中，正衍射束766包括+1，+2，…，+n阶衍射束，而负衍射束768包括-1，-2，…，-n阶衍射束。根据衍射角θm，不同阶次的衍射束在空间上分离。在一些实施例中，零阶衍射束不包含对准信号并且被阻挡或过滤掉作为背景噪声。在一些实施例中，正和负衍射束766和768可以是圆偏振的并且具有根据可调滤波器756调制的波长。

图7B示出了根据本公开的一些实施例的干涉仪750的示例性结构和方法。在一些实施例中，SRI 770在输入处获取正和负衍射束766和768，并在输出处产生具有第一和第二偏振的正和负衍射子束，例如766-1，766-2，768-1和768-2，其中正和负衍射子束被引导到第一和第二光分支784和786上。第一和第二偏振子束被正交偏振并在空间上重叠。例如，如图7B所示，SRI 770通过围绕对准设备700的对准轴721空间旋转子束766-1和766-2以+90°和-90°，将具有圆偏振的正衍射束766(例如，m＝+1)分离到具有p偏振的正衍射子束766-1的第一光学分支784和具有s偏振的正衍射子束766-2的第二光学分支786上。类似地，SRI770通过围绕对准设备700的对准轴721旋转子束768-2和768-1以-90°和+90°，将具有圆偏振的负衍射束768分离到具有s偏振的负衍射子束768-2的第一光学分支784和具有p偏振的负衍射子束768-1的第二光学分支786上。这样，第一光分支784包括两个正交偏振束，即p偏振正衍射子束766-1(例如，来自m＝+1衍射束)和s偏振负衍射子束768-2(例如，来自m＝-1衍射束)。子束766-1和768-2在输出处在空间上彼此重叠，仅为了清楚起见，在图7B中分别绘出。第二光分支786还包括两个正交偏振束，即s偏振正衍射子束766-2(例如，来自m＝+1衍射束)和p偏振负衍射子束768-1(例如，来自m＝-1衍射束)，并且还在空间上彼此重叠。其它高阶的正和负衍射束766和768也在SRI 770的输出处被分离到第一光分支784和第二光分支786上，其中每个衍射阶的p偏振和s偏振被分离到第一光分支784和第二光分支786之一上。具有相同阶的正和负衍射子束也围绕对准轴721相对于彼此旋转180度，并且在第一和第二光分支中在空间上彼此重叠。第一光分支784和第二光分支786的每一个上的正和负衍射子束可以包括一个或多个衍射阶。这样，SRI 770可以产生对准目标764的两个图像，它们相对于彼此围绕对准轴721旋转180度，并且在空间上彼此重叠。

在一些实施例中，第一光分支784和第二光分支786上的正和负衍射子束的偏振方向可以具有与SRI 770之后的图7B中的描述不同的定向。例如，正衍射子束766-1和766-2可以分别具有在第一光分支784上的s偏振和在第二光分支786上的p偏振。类似地，负衍射子束768-2和768-1可以分别具有在第一光分支784上的p偏振和在第二光分支786上的s偏振。

在一些实施例中，正和负衍射子束(例如766-2和768-1)的偏振方向可以在SRI770之后通过波片772改变。

图7C示出了根据本公开的一些实施例的波片772的示例。在一些实施例中，波片772改变用于对准设备的半光瞳的正和负衍射子束(例如，766-2和768-1)的偏振状态。在该示例中，波片772包括两个部分。部分772-1是对偏振不敏感的晶体，并且部分772-2是1/2(半)波片(HWP)，其快轴788相对于第二光分支786上的正和负衍射子束(例如，766-2和768-1)的p偏振或s偏振方向定向成45°。在该示例中，HWP可以相对于入射束旋转偏振方向90°。

在一些实施例中，波片772的两个部分可以绕衍射束或衍射子束的传播方向旋转一个角度，例如，部分772-2可以旋转22.5度，如图7C所示。在一些实施例中，部分772-2也可以根据快轴定向旋转45度。

在一些实施例中，波片772可以被配置成使得第一光学分支784的正和负衍射子束766-1和768-2照射在部分772-1上，并且第二光学分支786的正和负衍射子束766-2和768-1照射在部分772-2上。因此，在波片772的输出处，第一光分支784的正和负衍射子束766-1和768-2保持原始偏振方向，然而第二光分支786的正和负衍射子束766-2和768-1将偏振方向分别改变为p偏振和s偏振。通过使用波片772，第一光分支784和第二光分支786的正和负衍射子束现在具有相同的偏振方向和也具有相同的对准信号。

在一些实施例中，第一光分支784和第二光分支786上的正和负衍射子束的偏振方向可以具有与波片772之后的图7B中的描述不同的定向。例如，正衍射子束766-1和766-2可以在第一光分支784和第二光分支786上具有s偏振。类似地，负衍射子束768-2和768-1可以在第一光分支784和第二光分支786上具有p偏振。

在一些实施例中，相位延迟器774可以是由诸如电气石，方解石(CaCoO3)，硝酸钠(NaNO3)，甘汞(Hg2Cl2)或金红石(TiO2)的材料制成的双折射晶体。在一些实施例中，相延迟器774由硼酸钡(αBBO或BaB2O4)制成。与沿慢轴偏振的光相比，沿双折射晶体的快轴偏振的光遇到较低的折射率，并更快地穿过晶体。因此，可以在具有不同偏振方向的光之间产生相移(或固定光程差)。由相位延迟器774引入的固定光程差(OPD)可以由以下公式确定：

OPD＝Δnco·T (9)

其中Δneo是快轴和慢轴之间的折射率的差，T是双折射晶体的厚度。通过使用相位延迟器774，可以在第一光分支784上的正衍射子束766-1和负衍射子束768-2之间产生固定OPD。在第二光分支784上的正衍射子束766-2和负衍射子束768-1之间也可以产生相同的固定OPD。将等式(9)代入等式(8)，时间相移

可以表示为：

在一些实施例中，可以使用不同于双折射晶体的相位延迟器774，并且正和负衍射子束之间的固定OPD可以不同于上面的描述。在一些实施例中，可以通过本领域技术人员已知的对准设备的其它光学器件或部件引入附加的固定OPD。

通过在对准系统中的正和负衍射子束之间引入固定OPD并调制辐射束的频率(波长)，可以在不移动对准目标或台的情况下产生时间相移

。在该示例中，时间相移

和对准信号(例如，光栅偏移x0)可以由干涉仪750的输出处的第一光分支784中的正衍射子束766-1和负衍射子束768-2承载。在一些实施例中，第二光分支786上的正衍射子束766-2和负衍射子束768-1也在干涉仪750的输出处携带类似的时间相移

和对准信号。为了确定对准目标764的位置，可以使用第一光分支784或第二光分支786的正和负衍射子束。

再参考图7A，信号分析器752接收第一光分支784或第二光分支786或两者的正和负衍射子束。例如，信号分析器752可以接收第一光分支784的正和负衍射子束766-1和768-2。如上所述，正和负衍射子束766-1和768-2被正交地偏振并且在空间上彼此重叠。在一个示例中，正衍射子束766-1可以具有p偏振方向，负衍射子束768-2可以具有s偏振方向。正衍射子束766-1和负衍射子束768-2可以具有总相移

其中

是上面讨论的时间相移，并且

是与光栅偏移x0有关的、与时间无关的相移(例如，

)。

在一些实施例中，信号分析器752可以在正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间产生干涉，并且可以基于等式(3)通过测量干涉的正和负衍射子束766-1和768-2的光强度(也称为干涉强度)来确定对准目标764的位置(例如光栅偏移x0)。

在一些实施例中，正和负衍射子束766-1和768-2具有正交偏振。为了产生具有作为总相移Ψ的函数的干涉强度的干涉信号，信号分析器752还可以具有偏振光学元件(图7A中未示出)，其中偏振光学元件可以将正和负衍射子束766-1和768-2的偏振方向旋转到相同的方向。随后，可以由检测器测量干涉强度，并且可以由处理器处理数据。根据等式(3)，可以提取光栅偏移x0。偏振光学元件可以是偏振分束器、二向色片偏振器、Savart板或“线栅”偏振器。

总之，在一些实施例中，可以通过在正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间引入时间相移

之后测量正和负衍射子束(例如766-1和768-2)的干涉强度来确定对准目标764的位置。换句话说，对准目标764的位置可以基于正和负衍射子束之间的时间相移

来确定，其中时间相移

是正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间的固定光程差(OPD)和照射束758的变化波长Δλ或变化频率Δν的函数。通常，可以通过在衍射束之间引入时间相移

之后测量衍射束的干涉强度来确定对准目标的位置。

图9示出了根据本公开的一些实施例的基于正衍射子束和负衍射子束(例如，766-1和768-2)的干涉的示例性干涉强度测量。实线对应于光栅偏移x0＝0，虚线对应于光栅偏移x0＝50nm，并且虚线对应于光栅偏移x0＝100nm。从调制的干涉强度，可以提取光栅偏移x0，同时可以滤除测量噪声和其它因素(例如，固定的不等路径)。

图10示出了根据本公开的一些实施例的示例性对准设备1000。对准设备1000类似于图7A中的对准设备700，并且还包括照射系统746、检测系统748、干涉仪750和信号分析器752。

在一个示例中，在对准设备1000中，检测系统748还包括光学器件790。光学器件790可以是反射镜，该反射镜具有用于对准设备1000的半光瞳的台阶高度。在这个示例中，在进入干涉仪750之前，在正和负衍射束766和768之间产生固定OPD。正和负衍射束766和768之间的固定OPD的大小可以取决于反射镜的台阶高度。在一些实施例中，反射镜可以以22.5°的角度定向，以便从对准目标764反射宽范围的衍射束。在一个示例中，干涉仪750不需要包括波片772或相位延迟器774(如图7A所示)。

在对准设备1000的一些实施例中，干涉仪750的输出处的正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间的固定OPD取决于由光学器件790引入的正和负衍射束766和768之间的固定OPD。这样，正和负衍射子束(例如766-1和768-2)的时间相移

也可以取决于正和负衍射束766和768之间的固定OPD，并且可以根据等式(5)和(8)来预期。

图11示出了根据本公开的一些实施例的示例性对准设备1100。对准设备1100可以类似于图7A中的对准设备700，并且还包括照射系统746、检测系统748、干涉仪750和信号分析器752。

在一个示例中，在对准设备1100中，检测系统748还包括回射反射镜792和光学组件，使得照射束758可以在斑反射镜762处被分成两个照射子束758-1和758-2。光学组件还可以包括多个反射镜794。对准设备1100的检测系统748被配置成提供朝向对准目标764的离轴照射，其中照射子束758-1和758-2以与图7A或图10中的法向入射不同的角度照射到对准目标764上。

在一个示例中，通过使用回射反射镜792和多个反射镜794，在照射子束758-1和758-2之间产生固定的OPD。在一个示例中，干涉仪750不需要包括波片772或相位延迟器774(如图7A所示)。在对准设备1100中，正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间的固定OPD取决于照射子束758-1和758-2之间的固定OPD。这样，正和负衍射子束(例如766-1和768-2)的时间相移(t)也可以取决于照射子束758-1和758-2之间的固定OPD，并且可以根据等式(5)和(8)来确定。注意，图11所示的检测系统748的配置仅用于说明目的。也可以使用其它光学组件或装置来产生朝向对准目标764的离轴照射，并在照射子束758-1和758-2之间产生固定的OPD。

用于与波长扫描对准的示例性流程图

图12示出了示出根据一个实施例的用于确定对准目标的位置的方法的流程图1200。应当理解，可能不需要图12中的所有步骤来执行本文提供的公开内容。此外，一些步骤可以同时执行，或者以与图12所示不同的顺序执行。将参考图7A描述流程图1200。然而，流程图1200不限于这些示例性实施例。

在步骤1202中，如图7A的示例中所示，具有由可调谐滤波器756调制的波长(频率)的照射束758沿着照射路径朝向斑反射镜762传播。斑反射镜762可以将具有变化波长Δλ或变化频率Δν的照射束758导向物镜760，物镜760将照射束758聚焦在衬底782上的对准目标764上。

在步骤1204中，正和负衍射束766和768可以从对准目标764反射并由物镜760准直。斑反射镜762可以收集来自对准目标764的正和负衍射束766和768，并将其导向干涉仪750。

在步骤1206中，干涉仪750将正衍射束766和负衍射束768分成正交偏振分量(例如，p偏振或s偏振)，并且围绕对准轴721空间旋转每个分量以+90°或-90°。这样，在输出处，干涉仪750从第一光分支784和第二光分支786的每一者的正和负衍射束产生正和负衍射子束。例如，光分支784上的衍射子束766-1和768-2被正交偏振，并且分别包含正和负衍射阶。第一光分支784和第二光分支786中的每一者可以包括多个衍射阶，并且对于相同的衍射阶，正和负衍射子束在空间上彼此重叠。

在一些实施例中，波片772可以在干涉仪750的输出处实现，以改变正衍射子束和负衍射子束(例如，766-2和768-1)的偏振状态。

在一些实施例中，相位延迟器774可以实现为在正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间产生固定的光程差。

在一些实施例中，可以通过光学器件790在正和负衍射束766和768之间引入固定的光程差。

在一些实施例中，也可以在具有离轴照射的对准设备中在照射子束758-1和758-2之间产生固定的光程差。

这样，在信号分析器752的输入处，正衍射子束和负衍射子束(例如766-1和768-2)携带对准信号(例如光栅偏移x0)和时间相移

该时间相移

是照射束758的变化波长或频率以及正衍射子束和负衍射子束之间的固定光程差的函数。

在步骤1208中，信号分析器752在正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间产生干涉并测量干涉强度，其中干涉强度是与正和负衍射子束(例如766-1和768-2)之间的时间相移

相关的时间函数(见等式(3))。

在步骤1210中，可以从测量的干涉强度确定对准目标764的位置(例如，光栅偏移x0)，例如，可以从测量的干涉强度的曲线拟合中提取对准目标764的位置。

可以使用以下条款进一步描述这些实施例：

1.一种对准设备，包括：

照射系统，被配置成提供具有变化的波长或频率的照射束，所述照射束被引向对准目标；

干涉仪；

检测系统，被配置为从所述对准目标收集衍射束并将所述衍射束引向所述干涉仪，其中所述干涉仪被配置为从所述衍射束产生两个衍射子束；以及

信号分析器，被配置为通过在所述衍射束之间引入时间相移来确定所述对准目标的位置，其中所述衍射束之间的所述时间相移是照射束的所述变化的波长或频率和所述衍射束之间的固定光程差的函数。

2.根据条款1所述的对准设备，其中所述干涉仪包括自参考干涉仪，所述自参考干涉仪被配置成产生正交偏振的衍射子束，所述正交偏振的衍射子束围绕所述对准设备的对准轴相对于彼此旋转180度，并且在空间上彼此重叠。

3.根据条款1所述的对准设备，进一步包括波片，所述波片被配置成针对所述对准设备的半光瞳而改变所述衍射束的偏振状态。

4.根据条款1所述的对准设备，其进一步包括相位延迟器，所述相位延迟器被配置为产生所述衍射束之间的所述固定光程差。

5.根据条款4所述的对准设备，其中所述相位延迟器包括双折射晶体。

6.根据条款1所述的对准设备，其中，所述检测系统还包括光学器件，所述光学器件被配置成产生所述衍射束之间的固定光程差。

7.根据条款6所述的对准设备，其中所述光学装置包括反射镜，所述反射镜具有用于所述对准设备的半光瞳的台阶高度。

8.根据条款1所述的对准设备，其中所述检测系统被配置成将所述照射束分成照射子束并提供朝向所述对准目标的离轴照射。

9.根据条款8所述的对准设备，其中所述检测系统进一步包括光学组件，所述光学组件被配置成产生所述照射子束之间的固定光程差。

10.根据条款9所述的对准设备，其中所述光学组件包括回射反射镜和分束器。

11.根据条款1所述的对准设备，其中所述照射系统包括可调谐滤波器，所述可调谐滤波器被配置为产生具有所述变化的波长或频率的所述照射束。

12.一种方法，包括：

将具有变化的波长或频率的照射束引向对准目标；

从所述对准目标收集衍射束；

将衍射束引向干涉仪；

通过所述干涉仪从所述衍射束产生衍射子束，其中所述衍射子束被正交偏振、围绕所述对准设备的对准轴相对于彼此旋转180度，并且在空间上彼此重叠；

基于所述衍射束之间的时间相移测量所述衍射束的干涉强度，其中所述时间相移是所述照射束的所述变化的波长或频率和所述衍射束之间的固定光程差的函数；以及

根据测量的所述干涉强度确定所述对准目标的位置。

13.根据条款12所述的方法，进一步包括：

针对所述对准设备的半光瞳，通过波片改变所述衍射束的偏振状态。

14.根据条款12所述的方法，进一步包括：

通过相位延迟器产生所述衍射束之间的固定光程差。

15.根据条款14的方法，包括：

通过双折射晶体在所述衍射束之间产生固定的光程差。

16.根据条款12所述的方法，进一步包括：

通过光学器件产生所述衍射束之间的固定光程差。

17.根据条款16所述的方法，包括：

通过具有台阶高度的反射镜产生在所述衍射束之间的所述固定光程差。

18.根据条款12所述的方法，其中将所述照射光束引向所述对准目标包括以倾斜角度照射所述对准目标。

19.根据条款18所述的方法，进一步包括：

将所述照射束分成照射子束；以及

产生所述照射子束之间的固定光程差。

20.根据条款12所述的方法，进一步包括：

通过可调滤波器产生具有所述变化的波长或频率的所述照射束。

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，这里描述的光刻设备可以具有其它应用，例如集成光学系统的制造，用于磁畴存储器、平板显示器、LCD、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，这里术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以被认为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以在例如跟踪单元(一种通常将抗蚀剂层施加到衬底并使曝光的抗蚀剂显影的工具)、计量单元和/或检查单元中处理这里提到的衬底。在适用的情况下，本文中的揭示内容可应用于此类及其它衬底处理工具。此外，例如为了产生多层IC，可以不止一次地处理衬底，使得这里使用的术语衬底也可以指已经包含多个处理层的衬底。

尽管上面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，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻。在压印光刻中，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入提供给衬底的抗蚀剂层中，之后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。图案形成装置在抗蚀剂固化之后移出抗蚀剂，在其中留下图案。

应理解，本文的措辞或术语是为了描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞应由相关领域的技术人员根据本文的教导来解释。

这里使用的术语“衬底”描述了在其上添加材料层的材料。在一些实施例中，衬底本身可以被图案化，并且添加在其顶部的材料也可以被图案化，或者可以保持不图案化。

本发明的实施例可以用硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，其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)；磁盘存储介质；光存储介质；闪存设备；电、光、声或其它形式的传播信号等。此外，固件、软件、例程和/或指令在本文中可被描述为执行某些动作。然而，应了解，此类描述仅为方便起见，且此类动作实际上由执行固件、软件、例程和/或指令的计算装置、处理器、控制器或其它装置产生。

以下实施例说明但不限制本公开的实施例。所属领域中通常遇到的各种条件和参数的其它合适修改和调适在本公开的精神和范围内，并且对于相关领域的技术人员来说将是显而易见的。

尽管在本文中可以具体参考根据本发明的设备和/或系统在IC制造中的使用，但是应当清楚地理解，这种设备和/或系统具有许多其它可能的应用。例如，其可用于制造集成光学系统，磁畴存储器、LCD面板、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，本文中术语“掩模版”，“晶片”或“裸片”的任何使用应被认为分别由更通用的术语“掩模”，“衬底”和“目标部分”所代替。

虽然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施。该描述并不旨在限制本发明。

应当理解，具体实施方式部分而不是发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述发明人所预期的本发明的一个或多个但不是所有的示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。

以上借助于图示了特定功能及其关系的实现的功能构建块描述了本发明。为了便于描述，这些功能构建块的边界在本文中被任意定义。可以定义替换边界，只要指定的功能及其关系被适当执行即可。

具体实施例的上述描述将充分揭示本发明的一般性质，通过应用本领域的知识，其他人可以容易地针对各种应用修改和/或适配这些具体实施例，而无需过度实验，而不脱离本发明的一般概念。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的调整和修改旨在处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。

本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (11)

1.一种对准设备，包括：

照射系统，被配置成提供具有变化的波长或频率的照射束，所述照射束被引向对准目标；

干涉仪；

检测系统，被配置为从所述对准目标收集衍射束并将所述衍射束引向所述干涉仪，其中所述干涉仪被配置为从所述衍射束产生两个衍射子束；以及

信号分析器，被配置为通过在所述衍射束之间引入时间相移来确定所述对准目标的位置，其中所述衍射束之间的所述时间相移是所述照射束的所述变化的波长或频率和所述衍射束之间的固定光程差的函数。

2.根据权利要求1所述的对准设备，其中所述干涉仪包括自参考干涉仪，所述自参考干涉仪被配置为产生正交偏振的衍射子束，所述正交偏振的衍射子束围绕所述对准设备的对准轴相对于彼此旋转180度，并且在空间上彼此重叠。

3.根据权利要求1所述的对准设备，还包括波片，所述波片被配置成针对所述对准设备的半光瞳而改变所述衍射束的偏振状态。

4.根据权利要求1所述的对准设备，还包括相位延迟器，所述相位延迟器被配置成产生所述衍射束之间的所述固定光程差。

5.根据权利要求4所述的对准设备，其中所述相位延迟器包括双折射晶体。

6.根据权利要求1所述的对准设备，其中所述检测系统进一步包括光学器件，所述光学器件被配置成产生所述衍射束之间的固定光程差。

7.根据权利要求6所述的对准设备，其中所述光学器件包括反射镜，所述反射镜具有用于所述对准设备的半光瞳的台阶高度。

8.根据权利要求1所述的对准设备，其中所述检测系统被配置成：将所述照射束分成照射子束，并且朝向所述对准目标提供离轴照射。

9.根据权利要求8所述的对准设备，其中所述检测系统进一步包括光学组件，所述光学组件被配置成产生所述照射子束之间的固定光程差。

10.根据权利要求9所述的对准设备，其中所述光学组件包括回射反射镜和分束器。

11.根据权利要求1所述的对准设备，其中所述照射系统包括可调谐滤波器，所述可调谐滤波器被配置成产生具有所述变化的波长或频率的所述照射束。

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