TWI777551B - 超連續輻射源及相關的度量衡裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種超連續輻射源,其包含:一調變器,其可操作以調變包含一輻射脈衝串之泵雷射輻射以提供經調變之泵雷射輻射,該調變如此用以選擇性地提供該等脈衝之一突發;及一空芯光子晶體光纖,其可操作以接收該經調變之泵雷射輻射且激發包含於該空芯光子晶體光纖內之一工作介質以便產生超連續輻射。

Description

超連續輻射源及相關的度量衡裝置
本發明係關於一種基於空芯光子晶體光纖之超連續輻射源,且特定而言,係關於一種與積體電路製造中之度量衡應用相關的此超連續輻射源。
微影設備為經建構以將所要圖案塗覆至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如,遮罩)處之圖案(通常亦稱作「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如,晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上,微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵的最小大小。當前在使用中之典型波長為365nm(i線)、248nm、193nm及13.5nm。相比於使用例如具有193nm之波長之輻射的微影設備,使用具有介於4至20nm範圍內(例如6.7nm或13.5nm)之波長之極紫外(EUV)輻射的微影設備可用以在基板上形成更小特徵。
低k1微影可用以處理尺寸小於微影設備之典型解析度限制的特徵。在此類程序中,可將解析度公式表示為CD=k1×λ/NA,其中λ為 所採用輻射之波長,NA為微影設備中之投影光學器件之數值孔徑,CD為「臨界尺寸」(通常為所印刷之最小特徵大小,但在此狀況下為半間距)且k1為經驗解析度因數。一般而言,k1愈小,則愈難以在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案。為了克服此等困難,可將複雜微調步驟應用於微影投影設備及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於NA之最佳化、定製照明方案、相移圖案化裝置之使用、諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC,有時亦稱作「光學及程序校正」)的設計佈局之各種最佳化或一般定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地,用於控制微影設備之穩定性之嚴格控制環路可用以改良在低k1下之圖案的再生。
度量衡工具用於IC製造製程之許多態樣中,例如作為用於在曝光之前適當定位基板之對準工具,量測基板的表面拓樸之調平工具,用於例如在製程控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品之基於聚焦控制及散射量測的工具。在每一情況下,皆需要輻射源。出於包括量測魯棒性及準確度之各種原因,寬頻帶或白光輻射源逐漸用於此類度量衡應用。將需要對現存裝置進行改良以用於寬頻帶輻射產生。
在本發明之第一態樣中,提供一種超連續輻射源,其包含:一調變器,其可操作以調變包含一輻射脈衝串之泵雷射輻射以提供經調變之泵雷射輻射,該調變如此用以選擇性地提供該等脈衝之一突發;及一空芯光子晶體光纖,其可操作以接收該經調變之泵雷射輻射且激發包含於該空芯光子晶體光纖內之一工作介質以便產生超連續輻射。
在本發明之第二態樣中,提供一種度量衡裝置,其包含: 一基板支撐件,其用於支撐一基板;該第一態樣之該超連續輻射源;一光學系統,其可操作以將該超連續輻射自該超連續輻射源導向至該基板;及一處理器,其可操作以產生用於該調變器的一控制信號。
4:光譜儀偵測器
6:光譜
8:結構或輪廓
21:管狀毛細管
101:空芯
120:設備
1600:電腦系統
1602:匯流排
1604:處理器
1605:處理器
1606:主記憶體
1610:儲存裝置
1612:顯示器
1614:輸入裝置
1616:游標控制件
1618:通信介面
1620:網路鏈路
1622:區域網路
1624:主機電腦
1626:網際網路服務提供者
1628:網際網路
1630:伺服器
A:處理步驟
AM:標記
ANG:入射角
AS:對準感測器
AU:設備單元
B:輻射光束
BD:光束遞送系統
BE1:輻射光束
BE2:箭頭
Bin:輸入光束
Bill:照明光束
BK:烘烤板
Bmod:經調變輸入光束
Bout:輸出光束
C:目標部分
CAP:管狀毛細管
CC:毛細管空腔
CH:冷卻板
CL:電腦系統
COR:空芯
CPU:控制及處理單元
CS:控制信號
d:直徑
DE:顯影器
DET:偵測器
DS:資料信號
GC:氣胞
HC:空芯
I:強度
IB:資訊攜載光束
IE:輸入端
IF:位置量測系統
IL:照明系統
I/O1:輸入/輸出埠
I/O2:輸入/輸出埠
IRD:輸入輻射
LA:微影設備
LACU:微影控制單元
LAN:相容
LB:裝載匣
LP:泵雷射輻射脈衝
LS:位階或高度感測器
LSD:偵測單元
LSO:輻射源
LSP:投影單元
LU:雷射單元
M1:遮罩對準標記
M2:遮罩對準標記
MA:圖案化裝置
MLO:量測位置
MOD:調變器
MT:遮罩支撐件
OF:光纖
OL:物鏡
ORD:輸出輻射
P1:基板對準標記
P2:基板對準標記
PEB:曝光後烘烤步驟
PM:第一定位器
PGR:投影光柵
PRS:脈衝式泵輻射源
PS:投影系統
PU:處理單元
PW:第二定位器
RB:輻射光束
RDS:輻射源
RO:機器人
RSR:儲集器
RSV:儲集器
SC:旋塗器
SC1:第一標度
SC2:第二標度
SC3:第三標度
SCS:監督控制系統
SG:觸發信號
SI:強度信號
SM:光點鏡面
SO:輻射源
SP:照明光點
SRI:自參考干涉計
ST:支撐管
t:時間
T burst:突發持續時間
T delay:時間延遲
TCU:塗佈顯影系統控制單元
TG:觸發信號
TS:觸發信號
TW1:第一透明窗
TW2:第二透明窗
W:基板
WM:工作介質
WP:壁部分
WT:基板支撐件
現在將參考隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例,在該等圖式中:- 圖1描繪微影設備之示意性綜述;- 圖2描繪微影單元之示意性綜述;- 圖3描繪表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作之整體微影之示意性表示;- 圖4描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之用作度量衡裝置的散射量測設備之示意性綜述;- 圖5描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之位階感測器設備的示意性綜述;- 圖6描繪根據本發明之實施例的可包含輻射源之對準感測器設備的示意性綜述;- 圖7A為可在橫向平面中(亦即垂直於光纖之軸線)形成根據實施例之輻射源之部分之空芯光纖的示意性橫截面圖;- 圖7B描繪用於提供寬頻帶輸出輻射之根據實施例之輻射源的示意性表示;及- 圖7C(a)及(b)示意性地描繪用於超連續產生之空芯光子晶體光纖(HC-PCF)設計之實例的橫向橫截面,每一設計可形成根據實施例之輻射源之部分; - 圖8說明(a)先前技術度量衡裝置及照明源配置及(b)泵輻射脈衝相對於時間之對應曲線圖;- 圖9說明(a)根據本發明之實施例的度量衡裝置及照明源配置,(b)泵輻射脈衝相對於時間之對應曲線圖及(c)用於控制調變器之觸發信號的對應曲線圖;及- 圖10為可輔助實施根據本發明之實施例之方法及流程的電腦系統之方塊圖。
在本發明之文件中,術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射,包括紫外輻射(例如具有365、248、193、157或126nm之波長)及極紫外輻射(EUV,例如具有在約5至100nm之範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化裝置」可廣泛地解釋為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化裝置,該經圖案化橫截面對應於待在基板的目標部分中產生之圖案。在此內容背景中亦可使用術語「光閥」。除經典遮罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外,其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA。微影設備LA包括:照明系統(亦稱作照明器)IL,其經組態以調節輻射光束B(例如,UV輻射、DUV輻射或EUV輻射);遮罩支撐件(例如,遮罩台)MT,其經建構以支撐圖案化裝置(例如,遮罩)MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位圖案化裝置MA之第一定位器PM;基板支撐件(例如,晶圓台)WT,其經建 構以固持基板(例如,抗蝕劑塗佈晶圓)W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器PW;及投影系統(例如,折射投影透鏡系統)PS,其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如,包含一或多個晶粒)上。
在操作中,照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射之各種類型之光學組件,諸如,折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件,或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B,以在圖案化裝置MA之平面處在其橫截面中具有所要之空間及角強度分佈。
本文所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統,包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統,或其任何組合。本文中對術語「投影透鏡」之任何使用均可視為與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影設備LA可屬於以下類型:其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如,水)覆蓋,以便填充投影系統PS與基板W之間的空間,此亦稱作浸潤微影。在以引用之方式併入本文中的US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT(亦稱為「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中,可並行地使用基板支撐件WT,且/或可在位於基板支撐件WT中之一者上的基板W上進行準備基板W之後續曝光的步驟,同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除基板支撐件WT外,微影設備LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分,例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統的一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。
在操作中,輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如,遮罩MA)上,且藉由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)進行圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下,輻射光束B通過投影系統PS,該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF,可準確地移動基板支撐件WT,例如以便在聚焦及對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同的目標部分C。類似地,第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分,但該等標記可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時,將此等對準標記稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示,微影設備LA可形成微影單元LC(有時亦稱作微影製造單元(lithocell)或(微影)叢集)之部分,該微影單元通常亦包括用以對基板W執行曝光前程序及曝光後程序之設備。習知地,此等設備包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以使經曝光抗蝕劑顯影的顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻 板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W,在不同程序設備之間移動該等基板且將基板W遞送至微影設備LA之裝載匣LB。微影製造單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統(track)之裝置通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下,該塗佈顯影系統控制單元TCU自身可受監督控制系統SCS控制,該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU控制微影設備LA。
為了正確且一致地曝光由微影設備LA曝光之基板W,需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性,諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的,可在微影製造單元LC中包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差,則可例如對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行調整,尤其在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可稱作度量衡設備之檢測設備用以判定基板W之屬性,且特定而言,判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關之屬性在不同層間如何變化。檢查設備可替代地經建構以識別基板W上之缺陷,且可為例如微影製造單元LC之部分,或可整合至微影設備LA中,或甚至可為獨立裝置。檢測設備可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上的屬性,或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上的屬性,或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分已移除)上之屬性,或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常,微影設備LA中之圖案化程序為在處理中之最關鍵步驟中的一者,其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放的高準確度。為了 確保此高準確度,可將三個系統組合於如圖3中示意性地描繪之所謂的「整體」控制環境中。此等系統中之一者係微影設備LA,其(實際上)連接至度量衡工具MT(第二系統)且連接至電腦系統CL(第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體程序窗且提供嚴格控制環路,以確保由微影設備LA執行之圖案化保持在程序窗內。程序窗界定程序參數(例如劑量、焦點、疊對)之範圍,在該範圍內,具體製造程序產生經界定結果(例如功能半導體裝置),通常在該範圍內允許在微影程序或圖案化程序中之程序參數變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術且執行運算微影模擬及計算以判定哪種遮罩佈局及微影設備設定達成圖案化程序之最大總體程序窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。典型地,解析度增強技術經配置以匹配微影設備LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影設備LA當前正在程序窗內何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測缺陷是否可歸因於例如次佳處理而存在(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測,且可將回饋提供至微影設備LA以識別例如微影設備LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
在微影程序中,需要頻繁地對所產生之結構進行量測,例如用於程序控制及驗證。用以進行此類量測之工具通常稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡裝置MT為吾人所知,包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器 具,其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影程序之參數(量測通常稱作以光瞳為基礎之量測),或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影程序之參數,在此情況下量測通常稱作以影像或場為基礎之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關的量測技術。前述散射計可使用來自軟x射線及對近IR波長範圍可見的光來量測光柵。
在第一實施例中,散射計MT為角度解析散射計。在此散射計中,重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此重構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之交互作用且比較模擬結果與量測之彼等引起。調整數學模型之參數,直至經模擬交互作用產生與自真實目標觀測到之繞射圖案類似的繞射圖案為止。
在第二實施例中,散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中,由輻射源發射之輻射經導向至目標上,且來自目標之反射或散射輻射經導向至光譜儀偵測器上,該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射的光譜(亦即,隨波長而變化之強度的量測)。根據此資料,可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫比較來重建構產生偵測到之光譜的目標之結構或輪廓。
在第三實施例中,散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對每一偏振狀態之散射輻射來判定微影程序之參數。此度量衡設備藉由在度量衡設備之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適用於度量衡設備之源亦可提 供偏振輻射。以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計的各種實施例。
圖4中描繪度量衡設備,諸如散射計。該散射計包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。將經反射或經散射之輻射傳遞至光譜儀偵測器4,該光譜儀偵測器4量測經鏡面反射輻射之光譜6(亦即隨波長而變化之強度量測)。根據此資料,可藉由處理單元PU(例如,藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸,或藉由與圖3之底部處所展示之經模擬光譜庫的比較)來重建構產生偵測到之光譜之結構或輪廓8。一般而言,對於重建構,結構之一般形式係已知的,且根據用於製造結構之程序之知識來假定一些參數,從而僅留下結構之幾個參數以待根據散射量測資料予以判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
經由度量衡目標之量測的微影參數之總體量測品質係至少部分地由用以量測此微影參數之量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案之一或多個參數,或此兩者。舉例而言,若用於基板量測配方中之量測為基於繞射的光學量測,則量測之參數中的一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案的定向等。用以選擇量測配方的準則中之一者可為例如量測參數中之一者對於處理變化的靈敏度。更多實例描述於以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及公開之美國專利申請案US 2016/0370717A1中。
用於IC製造中之另一類型的度量衡工具為構形量測系統、 位階感測器或高度感測器。此工具可整合於微影設備中,以用於量測基板(或晶圓)之頂部表面之構形。基板之構形之映圖(亦稱作高度圖)可由指示隨基板上之位置而變的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用以在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置,以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化裝置之空中影像。將理解,「高度」在此內容背景中係指相對於基板大體上在平面外之維度(亦稱為Z軸)。通常,位階或高度感測器在固定位置(相對於其自身光學系統)處執行量測,且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動跨基板在各位置處產生高度量測。
圖5中示意性地展示如此項技術中已知之位階或高度感測器LS之實例,其僅說明操作原理。在此實例中,位階感測器包含光學系統,該光學系統包括投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包含提供輻射光束LSB之輻射源LSO,該輻射光束LSB由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。舉例而言,輻射源LSO可為諸如超連續光源之窄頻帶或寬頻帶輻射源、偏振或非偏振、脈衝或連續,諸如偏振或非偏振雷射光束。輻射源LSO可包括具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源,諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見輻射,但可另外地或替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包含產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1之週期性結構的週期性光柵。具有週期性變化強度之輻射光束BE1經導向基板W上的相對於垂直於入射基板表面之軸(Z軸)具有入射角ANG的量測位置MLO,該入射角ANG介於0度與90度之間,通常介於70度與80度之間。在量測位置MLO處,圖案化輻射光束BE1由基板W反射(藉由箭頭BE2指示)且經導向偵測單元LSD。
為了判定量測位置MLO處之高度位階,位階感測器進一步包含偵測系統,該偵測系統包含偵測光柵DGR、偵測器DET及用於處理偵測器DET之輸出信號的處理單元(未展示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR一致。偵測器DET產生偵測器輸出信號,該偵測器輸出信號指示所接收之光,例如指示所接收之光的強度,諸如光偵測器,或表示所接收之強度的空間分佈,諸如攝影機。偵測器DET可包含一或多種偵測器類型之任何組合。
藉助於三角量測技術,可判定量測位置MLO處之高度位階。所偵測到的高度位階通常與如藉由偵測器DET所量測之信號強度有關,該信號強度具有尤其取決於投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的經圖案化輻射光束之路徑(未展示)而包括其他光學元件,諸如透鏡及/或鏡面。
在實施例中,可省略偵測光柵DGR,且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所位於之位置處。此組態提供投影光柵PGR之影像的較直接偵測。
為了有效地覆蓋基板W之表面,位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W之表面上,藉此產生覆蓋較大量測範圍之量測區域MLO或光點的陣列。
例如在皆以引用之方式併入的US7265364及US7646471中揭示一般類型之各種高度感測器。在以引用之方式併入的US2010233600A1中揭示使用UV輻射而非可見光或紅外線輻射的高度感 測器。在以引用之方式併入的WO2016102127A1中,描述使用多元件偵測器來偵測及辨識光柵影像之位置而無需偵測光柵的緊湊型高度感測器。
用於IC製造中之另一種類型之度量衡工具為對準感測器。因此,微影設備之效能之關鍵態樣能夠相對於置於先前層中(藉由相同設備或不同微影設備)之特徵恰當且準確地置放經施加圖案。出於此目的,基板具備一或多組對準標記。每一標記為稍後可使用位置感測器(通常為光學位置感測器)量測其位置之結構。位置感測器可稱作「對準感測器」,且標記可稱作「對準標記」。
微影設備可包括可藉以準確地量測設置於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用諸如繞射及干涉之光學現象,以自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影設備中之對準感測器的實例係基於如US6961116中所描述之自參考干涉計。已開發出位置感測器之各種增強及修改,例如如US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容以引用之方式併入本文中。
圖6為諸如例如在US6961116中所描述且以引用之方式併入的已知對準感測器AS之實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供具有一或多個波長之輻射光束RB,該輻射光束RB藉由轉向光學器件轉向至標記(諸如位於基板W上之標記AM)上作為照明光點SP。在此實例中,轉向光學器件包含光點鏡面SM及物鏡OL。藉以照明標記AM之照明光點SP的直徑可略小於標記自身之寬度。
由對準標記AM繞射之輻射(在此實例中經由物鏡OL)經準直成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包括來自標記之零階繞射(其可 稱作反射)。例如上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI以自身干涉光束IB,其後光束由光偵測器PD接收。可包括額外光學器件(未展示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之情況下提供單獨光束。光偵測器可為單個元件,或其視需要可包含多個像素。光偵測器可包含感測器陣列。
在此實例中包含光點鏡面SM之轉向光學件亦可用於阻擋自標記反射之零階輻射,以使得資訊攜載光束IB僅包含來自標記AM之高階繞射輻射(此對於量測並非必需,但提高信雜比)。
強度信號SI經供應至處理單元PU。藉由區塊SRI中之光學處理與單元PU中之演算處理的組合,輸出基板相對於參考框架之X位置及/或Y位置的值。
所說明類型之單個量測僅將標記之位置固定在對應於標記之一個間距的某一範圍內。結合此量測來使用較粗略量測技術,以識別正弦波之哪一週期為含有經標記位置之週期。可在不同波長下重複較粗略及/或較精細位階下之同一程序,以用於提高準確度及/或用於穩固地偵測標記,而無關於製成標記之材料及供標記設置於上方及/或下方之材料。可光學地多工及解多工波長以便同時處理該等波長,及/或可藉由分時或分頻來多工該等波長。
在此實例中,對準感測器及光點SP保持靜止,而基板W移動。因此,對準感測器可剛性且準確地安裝至參考框架,同時在與基板W之移動方向相反之方向上有效地掃描標記AM。在此移動中,藉由基板W安裝於基板支撐件上且基板定位系統控制基板支撐件之移動來控制基板W。基板支撐件位置感測器(例如干涉計)量測基板支撐件之位置(未展 示)。在實施例中,一或多個(對準)標記設置於基板支撐件上。對設置於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器所判定之基板支撐件的位置(例如相對於對準系統所連接之框架)。對設置於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
對於光學半導體度量衡,檢測應用通常為較佳的,諸如在前述度量衡工具中之任一者中,輸出相干輻射之亮光源同時覆蓋寬廣波長範圍(例如自UV至IR)。此寬頻帶光源可藉由允許在相同設置/系統中對具有不同材料特性之晶圓進行光學檢查而無需任何硬體改變(例如改變光源以便具有特定波長)而幫助改良應用之可撓性及穩固性。允許針對特定應用來最佳化波長亦意謂可進一步增大量測之準確度。
基於氣體放電效應以同時發射多個波長的氣體雷射可用於此等應用中。然而,與氣體雷射相關的諸如高強度不穩定性及低空間不相干性之本質問題可能使其不合適。替代地,來自具有不同波長之多個雷射(例如固態雷射)之輸出可在空間上組合為度量衡或檢測系統之光學路徑以便提供多波長源。隨所要波長之數目而增加的複雜度及高實施成本防止將此解決方案廣泛使用。相比之下,基於光纖之寬頻帶或白光雷射(亦稱為超連續雷射)能夠發射具有高空間相干性及寬光譜覆蓋度(例如自UV至IR)的輻射,且因此為極引人注目且實用的選擇方案。
空芯光子晶體光纖(HC-PCF)為一種特殊類型之光纖,其包含中心空芯區及包圍空芯之內部包層結構,其兩者皆沿整個光纖軸向延伸。光導引機構藉由內部包層波導結構啟用,該內部包層波導結構可包含例如薄壁玻璃元件。輻射因此主要受限於空芯內部,且沿呈橫向芯模式之形式的光纖傳播。
上文所提及之度量衡工具MT(諸如散射計、構形量測系統或位置量測系統)可使用源自輻射源之輻射來執行量測。藉由度量衡工具使用之輻射之屬性可影響可執行之量測的類型及品質。對於一些應用,使用多個輻射頻率來量測基板可為有利的,例如可使用寬頻帶輻射。多個不同頻率可能夠在不干涉其他頻率或最少干涉其他頻率之情況下傳播、輻照及散射開度量衡目標。因此,可例如使用不同頻率以同時獲得更多度量衡資料。不同輻射頻率亦可能夠查詢及發現度量衡目標之不同屬性。寬頻帶輻射可用於諸如位階感測器、對準標記量測系統、散射量測工具或檢測工具之度量衡系統MT中。寬頻帶輻射源可為超連續源。
例如超連續輻射之高品質寬頻帶輻射可能難以產生。用於產生寬頻帶輻射之一種方法可為例如利用非線性高階效應來增寬高功率窄頻帶或單頻輸入輻射。輸入輻射(其可使用雷射來產生)可稱作泵雷射輻射。替代地,輸入輻射可稱為種子輻射。為獲得用於增寬效應之高功率輻射,可將輻射約束至小區域中以使得達成很大程度上經局域化的高強度輻射。在彼等區域中,輻射可與增寬結構及/或形成非線性介質之材料相互作用以便形成寬頻帶輸出輻射。在高強度輻射區域中,不同材料及/或結構可用以藉由提供合適的非線性介質來實現及/或改善輻射增寬。
在一些實施方案中,在光子晶體光纖中產生寬頻帶輸出輻射。(PCF)。在若干實施例中,此類光子晶體光纖在其光纖芯周圍具有微觀結構,有助於限制經由光纖芯中之光纖行進之輻射。光纖芯可由具有非線性屬性且當高強度泵雷射輻射透射通過光纖芯時能夠產生寬頻帶輻射之固體材料製成。儘管在固體芯光子晶體光纖中產生寬頻帶輻射為可實行的,但使用固體材料可存在幾個缺點。舉例而言,若在固體芯中產生UV 輻射,則此輻射可不存在於光纖之輸出光譜中,因為輻射由大多數固體材料吸收。
在一些實施方案中,如下文參考圖7B進一步論述,用於增寬輸入輻射之方法及設備可使用用於限制輸入輻射且用於將輸入輻射增寬至輸出寬頻帶輻射之光纖。該光纖可為空芯光纖,且可包含用以在光纖中達成輻射之有效引導及限制的內部結構。該光纖可為空芯光子晶體光纖(HC-PCF),其尤其適用於主要在光纖之空芯內部進行強輻射約束,從而達成高輻射強度。光纖之空芯可經氣體填充,該氣體充當用於增寬輸入輻射之增寬媒體。此光纖及工作介質配置可用以產生超連續輻射源。光纖之輻射輸入可為電磁輻射,例如在紅外光譜、可見光譜、UV光譜及極UV光譜中之一或多者中的輻射。輸出輻射可由寬頻帶輻射組成或包含寬頻帶輻射,該寬頻帶輻射在本文中可稱作白光。
一些實施例係關於包含光纖之此寬頻帶輻射源之新穎設計。光纖為空芯光子晶體光纖(HC-PCF)。特定而言,光纖可為包含用於限制輻射之反諧振結構之類型的空芯光子晶體光纖。包含反諧振結構之此類光纖在此項技術中已知為反諧振光纖、管狀光纖、單環光纖、負曲率光纖或抑制耦合光纖。此類光纖之各種不同設計在此項技術中已知。替代地,光纖可為光子帶隙光纖(HC-PBF,例如Kagome光纖)。
可設計多種類型之HC-PCF,每種基於不同物理導引機制。兩個此類HC-PCF包括:空芯光子帶隙光纖(HC-PBF)及空芯反諧振反射光纖(HC-ARF)。設計及製造HC-PCF之細節可見於以引用的方式併入本文中之美國專利US2004/015085A1(針對HC-PBF)及國際PCT專利申請案WO2017/032454A1(針對空芯反諧振反射光纖)中。圖7C(a)展示包含 Kagome晶格結構之Kagome光纖。
現將參考圖7A描述用於輻射源之光纖之實例,圖7A為光纖OF在橫向平面中之示意性橫截面圖。類似於圖7A之光纖之實際實例的其他實施例揭示於WO2017/032454A1中。
光纖OF包含細長主體,光纖OF在一個維度上比光纖OF之其他兩個維度相比更長。此更長維度可稱為軸向方向,且可界定光纖OF之軸。兩個其他維度界定可稱為橫向平面之平面。圖7A展示光纖OF在經標記為x-y平面之橫向平面(亦即,垂直於軸線)中之橫截面。光纖OF之橫向橫截面可為沿光纖軸線實質上恆定的。
將瞭解,光纖OF具有一定程度之可撓性,且因此,軸線之方向一般而言將為沿著光纖OF之長度不均勻的。諸如光軸、橫向橫截面及其類似者之術語應理解為意指局部光軸、局部橫向橫截面等。此外,在組件經描述為成圓柱形或管狀之情況下,此等術語應理解為涵蓋當光纖OF彎曲時可能已變形的此類形狀。
光纖OF可具有任何長度且將瞭解,光纖OF之長度可取決於應用。光纖OF可具有1cm與10m之間的長度,例如光纖OF可具有10cm與100cm之間的長度。
光纖OF包含:空芯COR;包圍空芯COR之包覆部分;及包圍且支撐包覆部分之支撐部分SP。可將光纖OF視為包含具有空芯COR之主體(包含包覆部分及支撐部分SP)。包覆部分包含用於導引輻射通過空芯COR之複數個反諧振元件。特定而言,複數個反諧振元件經配置以限制主要在空芯HC內部傳播通過光纖OF之輻射,且經配置以沿光纖OF導引輻射。光纖OF之空芯HC可實質上安置於光纖OF之中心區中,以使得光纖 OF的軸線亦可界定光纖OF之空芯HC之軸線。
包覆部分包含用於導引傳播通過光纖OF之輻射之複數個反諧振元件。特定而言,在此實施例中,包覆部分包含六個管狀毛細管CAP之單環。管狀毛細管CAP中之每一者充當反諧振元件。
毛細管CAP亦可稱作管。在橫截面中,毛細管CAP可為圓形的,或可具有另一形狀。每一毛細管CAP包含大體上為圓柱形之壁部分WP,該大體上為圓柱形之壁部分WP至少部分地界定光纖OF的空芯HC且將空芯HC與毛細管空腔CC分離。將瞭解,壁部分WP可充當用於輻射之抗反射法布里-珀羅(Fabry-Perot)諧振器,該輻射傳播通過空芯HC(且該輻射可以一掠入射角入射於壁部分WP上)。壁部分WP之厚度可為合適的,以確保大體上增強返回空芯HC之反射,而大體上抑制進入毛細管空腔CC之透射。在一些實施例中,毛細管壁部分WP可具有0.01μm與10.0μm之間的厚度。
將瞭解,如本文中所使用,術語包覆部分意欲意指光纖OF之用於導引傳播通過光纖OF之輻射的部分(亦即,限制空芯COR內之該輻射之毛細管CAP)。輻射可以橫向模式之形式受限制,從而沿光纖軸線傳播。
支撐部分大體上為管狀的且支撐包覆部分之六個毛細管CAP。六個毛細管CAP均勻分佈在內部支撐部分SP之內表面周圍。六個毛細管CAP可描述為以大體上六角形之形式安置。
毛細管CAP經配置以使得每一毛細管不與其他毛細管CAP中之任一者接觸。毛細管CAP中之每一者與內部支撐部分SP接觸,且與環結構中之相鄰毛細管CAP間隔開。此配置可為有益的,此係由於其可增 加光纖OF之透射帶寬(相對於例如其中毛細管彼此接觸之配置)。替代地,在一些實施例中,毛細管CAP中之每一者可與環結構中之相鄰毛細管CAP接觸。
包覆部分之六個毛細管CAP安置於空芯COR周圍之環結構中。毛細管CAP之環結構之內表面至少部分地界定光纖OF之空芯HC。空芯HC之直徑d(其可界定為對置毛細管之間的最小尺寸,由箭頭d指示)可在10μm與1000μm之間。空芯HC之直徑d可影響空芯光纖OF之模場直徑、衝擊損耗、分散、模態多元性及非線性屬性。
在此實施例中,包覆部分包含毛細管CAP(其充當反諧振元件)之單環配置。因此,自空芯HC之中心至光纖OF之外部的任何徑向方向上的線通過不超過一個毛細管CAP。
將瞭解,其他實施例可具備反諧振元件之不同配置。此等配置可包括具有反諧振元件之多個環之配置及具有嵌套式反諧振元件的配置。此外,儘管圖7A中所展示之實施例包含六個毛細管之環,但在其他實施例中,包含任何數目之反諧振元件(例如4、5、6、7、8、9、10、11或12個毛細管)的一或多個環可設置於包覆部分中。
圖7C(b)展示上文所論述之具有管狀毛細管之單環的HC-PCF之經修改實施例。在圖7C(b)之實例中存在管狀毛細管21之兩個同軸環。為了固持管狀毛細管21之內部及外部環,支撐管ST可包括於HC-PCF中。支撐管可由二氧化矽製成。
圖7A及圖7C(a)及(b)之實例之管狀毛細管可具有圓形橫截面形狀。對於管狀毛細管,其他形狀亦有可能,如橢圓或多邊形橫截面。此外,圖7A及圖7C(a)及(b)之實例之管狀毛細管的固體材料可包含塑性材 料(如PMA)、玻璃(如二氧化矽或軟玻璃)。
圖7B描繪用於提供寬頻帶輸出輻射之輻射源RDS。輻射源RDS包含:脈衝式泵輻射源PRS或能夠產生所要長度及能量位準之短脈衝的任何其他類型之源;具有空芯COR之光纖OF(例如圖7A中所展示之類型);及安置於空芯COR內之工作介質WM(例如氣體)。儘管在圖7B中輻射源RDS包含圖7A中所展示之光纖OF,但在替代實施例中,可使用其他類型之空芯光纖。
脈衝式泵輻射源PRS經組態以提供輸入輻射IRD。光纖OF之空芯HC經配置以容納來自脈衝式泵輻射源PRS之輸入輻射IRD,且增寬輸入輻射IRD以提供輸出輻射ORD。工作介質WM能夠增寬所接收輸入輻射IRD之頻率範圍以便提供寬頻帶輸出輻射ORD。
輻射源RDS進一步包含儲集器RSV。光纖OF安置於儲集器RSV內部。儲集器RSV亦可稱作殼體、容器或氣胞。儲集器RSV經組態以含有工作介質WM。儲集器RSV可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測儲集器RSV內部之工作介質WM(其可為氣體)之組成的一或多個特徵。儲集器RSV可包含第一透明窗TW1。在使用時,光纖OF安置於儲集器RSV內部,以使得第一透明窗TW1位於接近於光纖OF之輸入端IE處。第一透明窗TW1可形成儲集器RSV之壁的部分。第一透明窗TW1可至少對於所接收輸入輻射頻率為透明的,以使得所接收輸入輻射IRD(或至少其較大部分)可耦合至位於儲集器RSV內部之光纖OF中。將瞭解,可提供用於將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之光學器件(未展示)。
儲集器RSV包含形成儲集器RSV之壁之部分的第二透明窗TW2。在使用時,當光纖OF安置於儲集器RSV內部時,第二透明窗TW2 位於接近於光纖OF之輸出端OE處。第二透明窗TW2至少對於設備120之寬頻帶輸出輻射ORD之頻率可為透明的。
替代地,在另一實施例中,光纖OF之兩個對置末端可置放於不同儲集器內部。光纖OF可包含經組態以接收輸入輻射IRD之第一末端區段,及用於輸出寬頻帶輸出輻射ORD之第二末端區段。第一末端區段可置放於包含工作介質WM之第一儲集器內部。第二末端區段可置放於第二儲集器內部,其中第二儲集器亦可包含工作介質WM。儲集器之運作可如上文關於圖7B所描述來進行。第一儲集器可包含第一透明窗,該第一透明窗經組態以對於輸入輻射IRD為透明的。第二儲集器可包含第二透明窗,該第二透明窗經組態以對於寬頻帶輸出寬頻帶輻射ORD為透明的。第一及第二儲集器亦可包含可密封開口,以允許光纖OF部分地置放在儲集器內部且部分地置放在儲集器外部,以使得氣體密封在儲集器內部。光纖OF可進一步包含不含於儲集器內部之中間區段。使用兩個單獨氣體儲集器之此配置對於其中光纖OF相對較長(例如當長度超過1m時)之實施例可為尤其便利的。將瞭解,對於使用兩個單獨氣體儲集器之此類配置,可將兩個儲集器(其可包含此項技術中已知的用於控制、調節及/或監測兩個儲集器內部之氣體之組成的一或多個特徵)視為提供用於提供光纖OF之空芯HC內的工作介質WM之設備。
在此內容背景中,若在窗口上彼頻率之入射輻射之至少50%、75%、85%、90%、95%或99%透射通過窗口,則窗口對於頻率可為透明的。
第一TW1及第二TW2透明窗兩者可在儲集器RSV之壁內形成氣密密封,以使得可在儲集器RSV內含有工作介質WM(其可為氣體)。 將瞭解,可在不同於與儲集器RSV之環境壓力的壓力下在儲集器RSV內含有氣體WM。
工作介質WM可包含:諸如氬、氪及氙之惰性氣體;諸如氫、氘及氮之拉曼(Raman)活性氣體;或諸如氬/氫混合物、氙/氘混合物、氪/氮混合物或氮/氫混合物之氣體混合物。取決於填充氣體之類型,非線性光學程序可包括調變不穩定性(MI)、孤立子自壓縮、孤立子分裂、克爾(Kerr)效應、拉曼效應及分散性波產生,其詳細內容描述於WO2018/127266A1及US9160137B1(兩者皆特此以引用之方式併入)中。由於可藉由改變儲集器RSR中之工作介質WM壓力(亦即氣胞壓力)來調諧填充氣體之分散,因此可調整所產生之寬頻帶脈衝動態及相關光譜增寬特性,以便最佳化頻率轉換。
在一個實施方案中,工作介質WM可至少在接收用於產生寬頻帶輸出輻射ORD之輸入輻射IRD期間安置於空芯HC內。將瞭解,當光纖OF不接收用於產生寬頻帶輸出輻射之輸入輻射IRD時,氣體WM可全部或部分自空芯COR消失。
為達成頻率增寬,可能需要高強度輻射。具有空芯光纖OF之優勢為,其可經由對傳播通過光纖OF之輻射的較強空間限制而達成高強度輻射,從而達成高局域化輻射強度。光纖OF內部之輻射強度可例如歸因於高接收輸入輻射強度及/或歸因於光纖OF內部之輻射的強空間限制而較高。空芯光纖之優勢為空芯光纖可導引具有比固體芯光纖更廣之波長範圍之輻射,且特定而言,空芯光纖可導引在紫外及紅外範圍兩者中之輻射。
使用空芯光纖OF之優勢可為在光纖OF內部導引之輻射中 的大部分受限於空芯COR。因此,光纖OF內部之輻射之交互作用的大部分係與工作介質WM進行,該工作介質WM經設置於光纖OF之空芯HC內部。因此,可增加工作介質WM對輻射之增寬效應。
所接收輸入輻射IRD可為電磁輻射。輸入輻射IRD可作為脈衝輻射接收。舉例而言,輸入輻射IRD可包含例如由雷射產生之超快脈衝。
輸入輻射IRD可為相干輻射。輸入輻射IRD可為準直輻射,且其優勢可為促進且提高將輸入輻射IRD耦合至光纖OF中之效率。輸入輻射IRD可包含單頻或窄頻率範圍。輸入輻射IRD可由雷射產生。類似地,輸出輻射ORD可為準直的及/或可為相干的。
輸出輻射ORD之寬頻帶範圍可為連續範圍,其包含輻射頻率之連續範圍。輸出輻射ORD可包含超連續輻射。連續輻射可有益於在眾多應用中(例如在度量衡應用中)使用。舉例而言,頻率之連續範圍可用以詢問大量屬性。頻率之連續範圍可例如用以判定及/或消除所量測屬性之頻率依賴性。超連續輸出輻射ORD可包含例如在100nm至4000nm之波長範圍內的電磁輻射。寬頻帶輸出輻射ORD頻率範圍可為例如400nm至900nm、500nm至900nm或200nm至2000nm。超連續輸出輻射ORD可包含白光。
由脈衝式泵輻射源PRS提供之輸入輻射IRD可為脈衝式的。輸入輻射IRD可包含在200nm與2μm之間的一或多個頻率之電磁輻射。輸入輻射IRD可例如包含具有1.03μm之波長的電磁輻射。脈衝輻射IRD之重複率可具有1kHz至100MHz之數量級。脈衝能量可具有0.1μJ至100μJ之數量級,例如1至10μJ。輸入輻射IRD之脈衝持續時間可在10fs 與10ps之間,例如300fs。輸入輻射IRD之平均功率可在100mW至數百W之間。輸入輻射IRD之平均功率可例如為20W至50W。
脈衝式泵輻射源PRS可為雷射。經由(泵)雷射參數、工作組分WM變化及光纖OF參數之調整可改變及調諧沿光纖OF透射之此類雷射脈衝之時空透射特性(例如其光譜振幅及相位)。該等時空透射特性可包括以下中之一或多者:輸出功率、輸出模式輪廓、輸出時間輪廓、輸出時間輪廓之寬度(或輸出脈衝寬度)、輸出光譜輪廓及輸出光譜輪廓之帶寬(或輸出光譜帶寬)。該等脈衝泵輻射源PRS參數可包括以下中之一或多者:泵波長、泵脈衝能量、泵脈衝寬度、泵脈衝重複率。該等光纖OF參數可包括以下中之一或多者:空芯101之光纖長度、大小及形狀;毛細管之大小及形狀;圍繞空芯之毛細管之壁的厚度。該等工作組分WM(例如填充氣體)參數可包括以下中之一或多者:氣體類型、氣體壓力及氣體溫度。
由輻射源RDS提供之寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少1W之平均輸出功率。平均輸出功率可為至少5W。平均輸出功率可為至少10W。寬頻帶輸出輻射ORD可為脈衝式寬頻帶輸出輻射ORD。寬頻帶輸出輻射ORD可具有至少0.01mW/nm之輸出輻射的整個波長帶中之功率譜密度。寬頻帶輸出輻射之整個波長帶中之功率譜密度可為至少3mW/nm。
圖8說明已知的白光源配置。圖8(a)為此源之主要組件的示意性說明。雷射單元LU產生進入氣胞GC及光纖HC-PCF之輸入光束Bin。來自包含光譜增寬脈衝之光纖HC-PCF的輸出光束Bout由設備單元AU(例如相對於圖4至圖6描述之裝置中之任一者)以產生照明光束Bill來照明晶圓W。舉例而言,照明光束Bill可照明晶圓上之目標(例如光柵)。目標可為靜 止的或可在照明光束下移動。一旦已獲得來自量測之資料,則晶圓可經定位以照明新目標或可經移除以用於其他處理步驟。控制及處理單元CPU發送控制信號CS且自設備單元AU接收資料信號DS(例如包含量測資料)。光譜增寬脈衝可在設備單元AU中定製以供下游使用。
在當前白光源中,泵雷射輻射脈衝LP以特定重複率(f rep)以習知的脈衝串(例如輻射脈衝串)之形式傳送,每一個別脈衝之間具有等距間隔之時間延遲(1/f rep)。圖8(b)說明此情況;其包含輸入光束Bin之強度I相對於時間t的曲線圖。
當前白光源之壽命可藉由監測隨時間之平均輸出進行量化。對於具有若干MHz之重複率之脈衝串,觀測到在顯著功率衰減之前的典型操作小時數為約幾百小時。此有限壽命對於半導體裝置之大量製造具有強影響,此係因為必需頻繁替換關鍵組件。已識別最關鍵組件為氣胞GC中之HC-PCF總成。因此,將特別需要改良HC-PCF壽命。
另一問題係可用重複率之上限。此很可能由熱效應(來自脈衝串之平均功率)及由電離效應(藉由每一個別脈衝之高峰值功率)引起:藉由增加重複率超出此上限,顯現光學效能的顯著不穩定性。由於功率譜密度(PSD)縮放及脈衝間雜訊降低皆隨著重複率縮放,故將需要在有效較高重複率下操作。PSD通常以重複率線性地縮放,且藉由重複率縮放之平方根降低脈衝間雜訊。
為解決此問題,提出將泵雷射輻射之連續泵脈衝自脈衝串(如由圖8(b)說明)改變為諸如由圖9(b)說明之突發模式。在突發模式中,每一突發(具有突發持續時間T burst)包含數個泵脈衝。個別突發具有時間延遲T delay,其可比每一個別泵脈衝之間的時間延遲長得多(例如更長超過2 倍、超過5倍、超過10倍或超過100倍)。可視需要調適每突發之泵脈衝之數目及突發之間的時間延遲。
此配置之主要優勢為可與在晶圓級執行量測時之時間同步。此實現按需調光操作且可大大地降低HC-PCF暴露於高強度泵脈衝。本發明人已判定光源中之HC-PCF之總壽命與總曝光層級有關聯,且因此,曝光率之降低將直接引起絕對光纖壽命的增加。
舉例而言,在對準感測器中,晶圓上之每一量測目標可照明4ms。一個晶圓上存在50個目標,且在30s內掃描晶圓。假定達成完美的按需調光(亦即,同步有效性100%),則與習知的脈衝串相比,實現150×之HC-PCF之曝光減少。若HC-PCF之壽命實際上與曝光成比例,則數萬小時的壽命係可行的。可注意,在按需調光操作中,與習知的脈衝串操作相比,目標上之有效PSD並未改變。亦值得注意的係,總平均輸出功率藉由與曝光相同之因數減少(亦即,對於此實例為150×)。在此情況下,15W輸出功率將降低至100mW。
由於平均功率降低,泵雷射之重複率可增加超出脈衝串之上限,此對PSD縮放及脈衝間雜訊降低具有積極效應。
此外,較低平均功率使得沿調變器(參見下文)之後的光學路徑之熱負荷之平均降低,包括氣胞、應用單元及所有光學元件內之HC-PCF。該熱負荷可例如由藉由光學元件或藉由經充氣之HC-PCF部分吸收泵脈衝或光譜增寬脈衝引起。因此,較小尺寸之冷卻系統可用於將系統維持在所需溫度範圍內。
此外,經減少之熱負荷減少由熱膨脹所致之光學器件的潛在未對準,且因此改良總體系統穩定性。
在實施例中,系統可經配置以在無晶圓經量測時不具有突發(亦即,關閉白光源)。然而,此可能在源之穩定性上具有不合需要的效應。因此,將描述其他配置。
圖9(a)展示根據一實施例之量測配置。設置類似於圖8(a)之設置。主要差異為提供調變器MOD,其調變輸入光束以產生經調變之泵雷射輻射,亦即,經調變輸入光束Bmod。調變器可經由藉由處理器或控制及處理單元CPU產生之觸發信號TS或調變器控制信號控制。
調變器可為可(部分地或完全地)反射/阻擋/衰減/散射或傳輸來自脈衝串之脈衝之光機械及/或電光組件。特定實例包括聲光過濾器、倒裝/檢流計鏡、電動快門或旋轉葉片。適合之選擇可取決於所需調變頻率。
為實現突發模式操作,度量衡裝置可提供諸如圖9(c)中所說明之觸發信號TG。舉例而言,度量衡裝置之控制及處理單元CPU可產生觸發信號SG作為回饋信號以控制調變器MOD。舉例而言,控制及處理單元CPU可操作以使脈衝突發之產生與度量衡裝置之量測的執行同步(亦即,以便在正執行量測時產生突發)。
突發模式操作亦可為激活的(例如,具有平均延遲週期T delay及突發週期T burst),而無掃描為激活的(例如在晶圓交換期間)。此避免沿自調變器至應用單元之光學路徑之所有相關組件上的熱負荷之改變。
一般而言,兩個連續目標之照明之間的時間T delay(兩個觸發信號之間的時間)將並非為恆定的且因此可預期平均輸出功率之微小變化。此可對例如整個系統之溫度穩定性具有消極影響,從而引起光學組件之潛在漂移。為對此進行補償,可引入具有可變持續時間及時序之中間脈 衝及/或可變突發長度。此等額外脈衝之所需參數將取決於晶圓上之實際掃描圖案及晶圓交換時間。因而,控制中間脈衝及/或突發長度之此等參數可經最佳化以達成輸出功率的高均一性。期望<60s或<30s或<10s或<1s或<300ms或<100ms之時間段內之平均輸出功率具有高均一性;例如,其變化不超過10%或不超過1%或不超過0.1%。
圖10為說明可輔助實施本文中所揭示之方法及流程的電腦系統1600的方塊圖。電腦系統1600包括匯流排1602或用於傳達資訊之其他通信機構,及與匯流排1602耦接以用於處理資訊之處理器1604(或多個處理器1604及1605)。電腦系統1600亦包括耦接至匯流排1602以用於儲存待由處理器1604執行之資訊及指令的主記憶體1606,諸如,隨機存取記憶體(RAM)或其他動態儲存裝置。主記憶體1606亦可用於在待由處理器1604執行之指令的執行期間儲存暫時性變數或其他中間資訊。電腦系統1600進一步包括耦接至匯流排1602以用於儲存用於處理器1604之靜態資訊及指令的唯讀記憶體(ROM)1608或其他靜態儲存裝置。提供諸如磁碟或光碟之儲存裝置1610,且儲存裝置1610耦接至匯流排1602以用於儲存資訊及指令。
電腦系統1600可經由匯流排1602耦接至用於向電腦使用者顯示資訊之顯示器1612,諸如,陰極射線管(CRT)或平板顯示器或觸控面板顯示器。包括文數字及其他按鍵之輸入裝置1614耦接至匯流排1602,以用於將資訊及命令選擇傳達至處理器1604。另一類型之使用者輸入裝置為用於將方向資訊及命令選擇傳達至處理器1604且用於控制顯示器1612上之游標移動的游標控制件1616,諸如滑鼠、軌跡球或游標方向按鍵。此輸入裝置通常具有在兩個軸線(第一軸(例如,x)及第二軸(例如, y))上之兩個自由度,從而允許該裝置指定平面中之位置。觸控面板(螢幕)顯示器亦可用作輸入裝置。
如本文中所描述之方法中之一或多者可由電腦系統1600回應於處理器1604執行主記憶體1606中所含有之一或多個指令之一或多個序列予以執行。可將此類指令自另一電腦可讀媒體(諸如儲存裝置1610)讀取至主記憶體1606中。主記憶體1606中含有之指令序列的執行致使處理器1604執行本文中所描述之程序步驟。呈多處理配置之一或多個處理器亦可用以執行主記憶體1606中所含有的指令序列。在替代性實施例中,可代替或結合軟體指令而使用硬連線電路。因此,本文中之描述不限於硬體電路與軟體之任何特定組合。
如本文中所使用之術語「電腦可讀媒體」係指參與將指令提供至處理器1604以供執行之任何媒體。此媒體可呈許多形式,包括(但不限於)非揮發性媒體、揮發性媒體及傳輸媒體。非揮發性媒體包括例如光碟或磁碟,諸如儲存裝置1610。揮發性媒體包括動態記憶體,諸如主記憶體1606。傳輸媒體包括同軸纜線、銅線及光纖,包括包含匯流排1602之電線。傳輸媒體亦可採用聲波或光波之形式,諸如在射頻(RF)及紅外線(IR)資料通信期間所產生的聲波或光波。電腦可讀媒體之常見形式包括(例如)軟磁碟、軟性磁碟、硬碟、磁帶、任何其他磁媒體、CD-ROM、DVD、任何其他光學媒體、打孔卡、紙帶、具有孔圖案之任何其他實體媒體、RAM、PROM及EPROM、FLASH-EPROM、任何其他記憶體晶片或卡匣、如下文所描述之載波,或可供電腦讀取之任何其他媒體。
可在將一或多個指令之一或多個序列攜載至處理器1604以供執行時涉及各種形式之電腦可讀媒體。舉例而言,初始地可將該等指令 承載於遠端電腦之磁碟上。遠端電腦可將指令載入至其動態記憶體內,且使用數據機經由電話線來發送指令。在電腦系統1600本端之數據機可接收電話線上之資料,且使用紅外線傳輸器以將資料轉換為紅外線信號。耦接至匯流排1602之紅外線偵測器可接收紅外線信號中所攜載之資料,且將該資料置放於匯流排1602上。匯流排1602將資料攜載至主記憶體1606,處理器1604自該主記憶體1606擷取及執行指令。由主記憶體1606接收之指令可視情況在由處理器1604執行之前或之後儲存於儲存裝置1610上。
電腦系統1600亦較佳地包括耦接至匯流排1602之通信介面1618。通信介面1618提供與網路鏈路1620之雙向資料通信耦合,網路鏈路1620連接至區域網路1622。舉例而言,通信介面1618可為整合式服務數位網路(ISDN)卡或數據機以提供對對應類型之電話線之資料通信連接。作為另一實例,通信介面1618可為將資料通信連接提供至相容LAN的區域網路(LAN)卡。亦可實施無線鏈路。在任何此實施中,通信介面1618發送且接收攜載表示各種類型之資訊之數位資料串流的電信號、電磁信號或光學信號。
網路鏈路1620通常經由一或多個網路向其他資料裝置提供資料通信。舉例而言,網路鏈路1620可經由區域網路1622向主機電腦1624或向由網際網路服務提供者(ISP)1626操作之資料設備提供連接。ISP 1626又經由全球封包資料通信網路(現在通常稱作「網際網路」1628)提供資料通信服務。區域網路1622及網際網路1628皆使用攜載數位資料流之電信號、電磁信號或光學信號。經由各種網路之信號及在網路鏈路1620上且經由通信介面1618之信號(該等信號將數位資料攜載至電腦系統 1600及自電腦系統1600攜載數位資料)為輸送資訊之載波的例示性形式。
電腦系統1600可經由網路、網路鏈路1620及通信介面1618發送訊息且接收包括程式碼之資料。在網際網路實例中,伺服器1630可能經由網際網路1628、ISP 1626、區域網路1622及通信介面1618傳輸用於應用程式之所請求程式碼。舉例而言,一種此類經下載應用程式可提供本文中所描述之技術中的一或多者。所接收程式碼可在其被接收時由處理器1604執行,及/或儲存於儲存裝置1610或其他非揮發性儲存器中以供稍後執行。以此方式,電腦系統1600可獲得呈載波之形式之應用程式碼。
在以下經編號條項之後續清單中揭示其他實施例:
1.一種超連續輻射源,其包含:一調變器,其可操作以調變包含一輻射脈衝串之泵雷射輻射以提供經調變之泵雷射輻射,該調變如此用以選擇性地提供該等脈衝之一突發;及一空芯光子晶體光纖,其可操作以接收該經調變之泵雷射輻射且激發包含於該空芯光子晶體光纖內之一工作介質以便產生超連續輻射。
2.如條項1之超連續輻射源,其中在調變之前該輻射脈衝串之連續個別脈衝之間的一週期與該經調變之泵雷射輻射之脈衝之該突發之連續個別脈衝之間的一週期相同。
3.如條項1或2之超連續輻射源,其中該調變係使得該等突發之連續例項之間的一時間延遲大於連續個別泵脈衝之間的一時間延遲2倍以上。
4.如條項3之超連續輻射源,其可操作以使得每突發之泵脈衝的數目及突發之間的該時間延遲為可控制的。
5.如任一前述條項之超連續輻射源,其中該調變器包含一光機械及/ 或電光調變器。
6.如任一前述條項之超連續輻射源,其中該調變器包含以下中之一或多者:一或多個聲光過濾器、一或多個倒裝/檢流計鏡、一或多個電動快門或一或多個旋轉葉片。
7.如任一前述條項之超連續輻射源,其中該調變器可操作以提供連續突發之間的一或多個中間脈衝及/或每一突發之可變突發長度。
8.如條項7之超連續輻射源,其中針對該超連續輻射源在小於60秒之一時段內之平均輸出功率之高均一性而最佳化該一或多個中間脈衝及/或可變突發長度之一或多個參數。
9.如條項7之超連續輻射源,其中針對該超連續輻射源在小於1秒之一時段內之該平均輸出功率之高均一性而最佳化該一或多個中間脈衝及/或可變突發長度之一或多個參數。
10.如任一前述條項之超連續輻射源,其進一步包含用於輸出該泵脈衝串之一泵雷射。
11.如任一前述條項之超連續輻射源,其中該超連續輻射包含200nm至2000nm之波長範圍或在此範圍內之一子範圍。
12.如任一前述條項之超連續輻射源,其中該調變器可操作以接收一控制信號,且根據該控制信號調變該泵雷射輻射。
13.一種度量衡裝置,其包含:一基板支撐件,其用於支撐一基板;如條項12之該超連續輻射源;一光學系統,其可操作以將該超連續輻射自該超連續輻射源導向至該基板;及 一處理器,其可操作以產生該控制信號。
14.如條項13之度量衡裝置,其中該處理器可操作以使脈衝之一突發之產生與藉由該度量衡裝置之一量測之執行同步。
15.如條項13或14之度量衡裝置,其中該度量衡裝置可操作為散射計度量衡設備。
16.如條項13或14之度量衡裝置,其中該度量衡裝置可操作為一位階感測器或一對準感測器。
17.一種微影設備,其包含如條項13、14及16中任一項之至少一個該度量衡裝置以用於執行對準及/或調平度量衡。
18.一種微影製造單元,其包含如條項17之微影設備及如條項15之度量衡裝置。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中微影設備之使用,但應理解,本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁域記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影設備之內容背景中之本發明之實施例,但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成以下之部分:遮罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化裝置)之物件之任何設備。此等設備可通常稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可能已特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例的使用,但應瞭解,本發明在內容背景允許之情況下不限於光學微影,且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例,但應瞭解,可以與所描述方式不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性的,而非限制性的。由此,對於熟習此項技術者將顯而易見,可在不脫離下文所陳述之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行修改。
AU:設備單元
Bill:照明光束
Bmod:經調變輸入光束
Bout:輸出光束
CPU:控制及處理單元
CS:控制信號
DS:資料信號
GC:氣胞
LP:泵雷射輻射脈衝
LU:雷射單元
MOD:調變器
t:時間
T burst:突發持續時間
T delay:時間延遲

Claims (15)

  1. 一種超連續輻射源,其包含:一調變器,其可操作以調變包含一輻射脈衝串(train of radiation pulses)之泵雷射輻射以提供經調變之泵雷射輻射,該調變如此用以選擇性地提供該輻射脈衝串之脈衝之一突發;及一空芯光子晶體光纖,其可操作以接收該經調變之泵雷射輻射且激發包含於該空芯光子晶體光纖內之一工作介質以產生超連續輻射。
  2. 如請求項1之超連續輻射源,其中在調變之前該輻射脈衝串之連續個別脈衝之間的一週期與該經調變之泵雷射輻射之脈衝之該突發之連續個別脈衝之間的一週期相同。
  3. 如請求項1或2之超連續輻射源,其中該調變係使得該等突發之連續例項之間的一時間延遲大於連續個別泵脈衝之間的一時間延遲2倍以上。
  4. 如請求項3之超連續輻射源,其可操作以使得每突發之泵脈衝的數目及突發之間的該時間延遲為可控制的。
  5. 如請求項1或2之超連續輻射源,其中該調變器包含一光機械(opto-mechanical)及/或電光(electro-optical)調變器。
  6. 如請求項1或2之超連續輻射源,其中該調變器包含以下中之一或多 者:一或多個聲光過濾器(acoustic-optical filter)、一或多個倒裝/檢流計鏡(flip/galvo mirrors)、一或多個電動快門(motorized shutters)或一或多個旋轉葉片(rotating blades)。
  7. 如請求項1或2之超連續輻射源,其中該調變器可操作以提供連續突發之間的一或多個中間脈衝及/或每一突發之可變突發長度。
  8. 如請求項7之超連續輻射源,其中針對該超連續輻射源在小於60秒之一時段內之一平均輸出功率之高均一性而最佳化該一或多個中間脈衝及/或可變突發長度之一或多個參數。
  9. 如請求項7之超連續輻射源,其中針對該超連續輻射源在小於1秒之一時段內之一平均輸出功率之高均一性而最佳化該一或多個中間脈衝及/或可變突發長度之一或多個參數。
  10. 如請求項1或2之超連續輻射源,其進一步包含用於輸出該輻射脈衝串之一泵雷射。
  11. 如請求項1或2之超連續輻射源,其中該調變器可操作以接收一控制信號,且根據該控制信號調變該泵雷射輻射。
  12. 一種度量衡裝置,其包含:一基板支撐件,其用於支撐一基板; 如請求項11之超連續輻射源;一光學系統,其可操作以將該超連續輻射自該超連續輻射源導向至該基板;及一處理器,其可操作以產生該控制信號。
  13. 如請求項12之度量衡裝置,其中該處理器可操作以使脈衝之一突發之產生與藉由該度量衡裝置之一量測之執行同步。
  14. 如請求項12或13之度量衡裝置,其中該度量衡裝置可操作為以下中之至少一者:一散射計度量衡設備(scatterometer metrology apparatus)、一位階感測器或一對準感測器。
  15. 一種微影設備,其包含如請求項12至14中任一項之至少一個該度量衡裝置以用於執行對準及/或調平(levelling)度量衡。
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