TWI830936B

TWI830936B - 度量衡器件及相位調變器裝置

Info

Publication number: TWI830936B
Application number: TW109126655A
Authority: TW
Inventors: 伯夫艾瑞傑佛瑞丹; 賽門雷納德休斯曼
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-08-06
Publication date: 2024-02-01
Also published as: CN114174890A; TW202113333A; US20220299751A1; JP2022544187A; US11815675B2; WO2021028202A1

Abstract

本發明揭示了一種包含用於調變輸入輻射之至少一第一相位調變器的相位調變器裝置及一種包含此相位調變器裝置之度量衡器件。該第一相位調變器包含：一第一移動光柵，其處於至少一可操作狀態，其用於使該輸入輻射繞射且使繞射輻射之頻率都卜勒頻移；及一第一補償性光柵元件，其包含一間距，該間距經組態以補償該繞射輻射之至少一個繞射階的波長依賴色散。

Description

度量衡器件及相位調變器裝置

本發明係關於用於在微影程序中將圖案塗覆至基板之方法及裝置。特定言之，本發明係關於一種諸如對準感測器之度量衡器件及一種用於此度量衡器件的相位調變裝置。

微影裝置係將所要圖案塗覆至基板上(通常塗覆至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地稱作遮罩或倍縮光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至設置於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有順次地經圖案化之鄰近目標部分之網路。已知的微影裝置包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上通過輻射光束掃描圖案同時平行或反平行於此方向來同步地掃描基板而輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上來將圖案自圖案化器件轉印至基板。

在微影操作期間，不同處理步驟可要求不同層依序地形成於基板上。因此，可有必要以較高準確度相對於形成於基板上之先前圖案來定位該基板。通常，將對準標記置放於待對準之基板上且參考第二物件來定位該等對準標記。微影裝置可使用對準裝置以偵測對準標記之位置且以使用對準標記來對準基板以確保自遮罩之準確曝光。兩個不同層處之對準標記之間的未對準經量測為疊對誤差。因此，需要一種提供具有較高準確度及較小變化之對準的系統及方法。

在本發明的一第一態樣中，提供一種用於調變輸入輻射之相位調變器裝置，其包含：至少一第一相位調變器，其包含：一第一移動光柵，其處於至少一可操作狀態，其用於使該輸入輻射繞射且使繞射輻射之頻率都卜勒(Doppler)頻移；及一第一補償性光柵元件，其包含一間距，該間距經組態以補償該繞射輻射之至少一個繞射階的波長依賴色散。

本發明的一第二態樣包含一度量衡器件，其包含該第一態樣之一相位調變器裝置。

下文參考隨附圖式詳細地描述本發明之其他態樣、特徵及優點以及本發明之各種實施例的結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的呈現此類實施例。基於本文中所含之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將為顯而易見的。

0:零階

100:微影裝置

100':微影裝置

200:微影工具

202:量測站

204:曝光站

206:控制單元

208:塗佈裝置

210:烘烤裝置

212:顯影裝置

220:經圖案化基板

222:處理裝置

224:處理裝置

226:處理裝置

230:基板

232:基板

234:基板

240:度量衡裝置

242:度量衡結果

400:對準裝置

402:照明系統

404:電磁窄頻帶輻射光束

414:光束分光器

415:輻射子光束

418:目標

419:繞射輻射光束

420:基板

421:對準軸

422:載物台

424:方向

426:干涉計

427:干涉計信號

428:偵測器

429:繞射輻射子光束

430:信號分析器

512:物鏡

515:輻射光束

516:繞射光柵

519-1:繞射光束

519-2:繞射光束

520:基板

524:掃描方向

618:目標

AM:對準標記

AOM:聲光調變器

AOM1:第一AOM

AOM2:第二AOM

B1:量測光束

B2:量測光束

BD:射束集堆

BD2:射束集堆

BE:擴束器

BS2:光束分光器

BS_50：50:光束分光器

BS_90：10:光束分光器

CAM1:偵測器

CAM2:偵測器

d:光柵線寬

EXP:曝光站

f_L1:焦距

f_L2:焦距

G:光柵

IB:輸入光束

L1:透鏡

L2:透鏡

LA:微影裝置

LACU:控制單元

LPM:線性相位調變器

LPM1:第一線性相位調變器

LPM2:第二線性相位調變器

M1:鏡面

M2:鏡面

MA:圖案化器件

MB:量測光束

MEA:量測站

OBυ₁:輸出光束

OBυ_1-υ₂:輸出光束

OL:物鏡

R:配方資訊

RB:參考光束

SCS:監督控制系統

SM:光點鏡面

SRI:自參考干涉計

t:膜堆積厚度

υ ₁:頻率

W:基板

x0:光柵偏移

+1:繞射輻射

+1_λ1:波長

+1_λ2:波長

+1_λ3:波長

-1:繞射輻射

-1_λ1:繞射輻射

-1_λ2:繞射輻射

-1_λ3:繞射輻射

Λ:間距或週期

現將參考隨附圖式藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪微影裝置連同形成用於半導體器件之生產設施的其他裝置；圖2為根據例示性實施例之對準裝置的示意性說明；圖3(a)及3(b)說明根據本發明之一些實施例的設計成具有繞射光柵之例示性對準目標；圖4說明根據本發明之一些實施例的設計成具有二維繞射光柵之例示性對準目標；圖5為根據本發明之第一實施例的線性相位調變器之示意性說明；圖6為根據本發明之第二實施例的線性相位調變器之示意性說明；圖7為根據本發明之第三實施例的線性相位調變器之示意性說明；圖8為根據本發明之實施例的包含線性相位調變器之離軸對準裝置；及圖9為根據本發明之實施例的包含線性相位調變器之外差式對準裝置。

在詳細地描述本發明之實施例之前，有指導性的係呈現可供實施本發明之實施例之實例環境。

圖1在200處將微影裝置LA展示為實施大容量微影製造程序之工業生產設施之部件。在本實例中，製造程序經調適用於在諸如半導體晶圓的基板上之半導體產品(積體電路)之製造。熟習此項技術者將瞭解，可藉由以此程序之變化形式處理不同類型之基板來製造各種產品。半導體產品之生產僅僅用作現今具有巨大商業意義之實例。

在微影裝置(或簡稱「微影工具」200)內，在202處展示量測站MEA且在204處展示曝光站EXP。在206處展示控制單元LACU。在此實例中，每一基板訪問量測站及曝光站以被塗覆圖案。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統用於使用經調節輻射及投影系統將產品圖案自圖案化器件MA轉印至基板上。此藉由在輻射敏感抗蝕劑材料層中形成圖案的影像而完成。

本文中所使用之術語「投影系統」應廣泛地解譯為涵蓋適於所使用的曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。圖案化器件MA可為將圖案賦予至由圖案化器件透射或反射之輻射光束的遮罩或倍縮光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。眾所周知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化器件之支撐件及定位系統合作，以將所要圖案塗覆至橫越基板之許多目標部分。可使用可程式化圖案化器件來代替具有固定圖案之倍縮光罩。舉例而言，輻射可包括在深紫外線(DUV)波帶或極紫外線(EUV)波帶中之電磁輻射。本發明亦適用於其他類型之微影程序，例如，(例如)藉由電子束之壓印微影及直寫微影。

微影裝置控制單元LACU控制各種致動器及感測器之所有移動及量測以收納基板W及倍縮光罩MA且實施圖案化操作。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關的所要計算之信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將實現為許多子單元之系統，該等子單元各自處置裝置內之子系統或組件的即時資料獲取、處理及控制。

在曝光站EXP處將圖案塗覆至基板之前，在量測站MEA處處理基板，以使得可進行各種預備步驟。預備步驟可包括使用位階感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來量測基板上之對準標記的位置。對準標記以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於在產生標記時之不準確度且亦歸因於基板貫穿其處理而發生之變形，標記偏離理想柵格。因此，除了量測基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地量測橫越基板區域之許多標記的位置(在裝置將以極高準確度在正確部位處印刷產品特徵的情況下)。裝置可屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型，該等基板台各自具有由控制單元LACU控制之定位系統。在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，以使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之量測極耗時，且提供兩個基板台能夠顯著增加裝置之產出量。若在基板台處於量測站處以及處於曝光站處時位置感測器IF不能量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。微影裝置LA可例如屬於所謂的雙載物台類型，其具有兩個基板台及兩個站一曝光站及量測站一在兩個站之間可交換該等基板台。

在生產設施內，裝置200形成「微影單元」或「微影叢集」之部分，該「微影單元」或「微影叢集」亦含有塗佈裝置208以用於將感光抗蝕劑及其他塗層塗覆至基板W以便藉由裝置200進行圖案化。在裝置200之輸出側處，提供烘烤裝置210及顯影裝置212以用於使經曝光圖案顯影於實體抗蝕劑圖案中。在所有此等裝置之間，基板處置系統負責支撐基板且將基板自一台裝置轉移至下一台裝置。常常統稱作塗佈顯影系統之此等裝置在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受到監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出量及處理效率。監督控制系統SCS接收配方資訊R，該配方資訊R非常詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。

一旦已在微影單元中塗覆圖案並使圖案顯影，即將經圖案化基板220轉印至諸如在222、224、226處說明之其他處理裝置。廣泛範圍的處理步驟藉由典型製造設施中之各種裝置來實施。出於實例起見，此實施例中之裝置222為蝕刻站，且裝置224執行蝕刻後退火步驟。將其他物理及/或化學處理步驟應用於其他裝置226中，等。可需要眾多類型之操作以製作實際器件，諸如材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等)、化學機械研磨(CMP)等等。實務上，裝置226可表示在一或多個裝置中執行的一系列不同處理步驟。作為另一實例，可提供用於實施自對準多重圖案化之裝置及處理步驟，以基於藉由微影裝置敷設之前驅圖案來產生多個較小特徵。

眾多周知，半導體器件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之器件結構。因此，到達微影叢集之基板230可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或在另一裝置中完全地經處理的基板。相似地，取決於所需處理，離開裝置226上之基板232可經返回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可經指定以用於不同叢集中的圖案化操作，或其可為待發送以供切割及封裝之成品。

產品結構之每一層需要不同程序步驟集合，且用於每一層處之裝置226可在類型方面完全不同。另外，即使在待由裝置226應用之處理步驟在大型設施中標稱地相同的情況下，亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟226之若干假設相同的機器。此等機器之間的設定之小差異或缺陷可意謂其以不同方式影響不同基板。即使為每一層相對通用之步驟，諸如蝕刻(裝置222)，亦可藉由標稱地相同但並行地工作以最大化產出量之若干蝕刻裝置實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料的細節需要不同蝕刻程序(例如，化學蝕刻、電漿蝕刻)，且需要特定要求，需要諸如例如異向性蝕刻。

可在如剛才所提及之其他微影裝置中執行先前及/或後續程序，且甚至可在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續程序。舉例而言，器件製造程序中之在諸如解析度及疊對之參數方面要求極高的一些層相比於要求不高之其他層可在更進階微影工具中予以執行。因此，一些層可曝光於浸潤型微影工具中，而其他層曝光於『乾式』工具中。一些層可曝光於在DUV波長下工作之工具中，而其他層使用EUV波長輻射來曝光。

為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等之性質。因此，微影單元LC所處之製造設施亦包括收納已在微影單元中經處理的基板W中之一些或全部的度量衡系統。將度量衡結果直接地或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其係在可足夠迅速地且快速地進行度量衡使得同一批次之其他基板仍待曝光的情況下。此外，已曝光之基板可被剝離及重工以提高良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷的情況下，可僅對良好的彼等目標部分執行其他曝光。

圖1中亦展示度量衡裝置240，該度量衡裝置240經提供以用於在製造程序中之所要階段進行產品之參數的量測。現代微影生產設施中之度量衡站之常見實例為散射計，例如暗場散射計、角解析散射計或光譜散射計，且其可經應用以在裝置222中的蝕刻之前量測在220處的經顯影基板之性質。在使用度量衡裝置240之情況下，例如可判定出諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數不滿足經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在通過微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板220的機會。藉由監督控制系統SCS及/或控制單元LACU 206隨著時間推移進行小調整，可使用來自裝置240之度量衡結果242來維持微影叢集中之圖案化操作的準確效能，藉此最小化製得不合格產品且需要重工之風險。

另外，可應用度量衡裝置240及/或其他度量衡裝置(未展示)以量測經處理基板232、234及傳入基板230之性質。可在經處理基板上使用度量衡裝置來判定諸如疊對或CD之重要參數。

圖2說明根據實施例的可實施為微影裝置100或100'之一部分之對準裝置400之橫截面圖的示意圖。在此實施例之實例中，對準裝置400可經組態以使基板(例如，基板W)相對於圖案化器件(例如，圖案化器件MA)對準。對準裝置400可進一步經組態以偵測基板上之對準標記之位置，且使用對準標記的偵測到之位置使基板相對於圖案化器件或微影裝置100或100'之其他組件對準。對基板之此對準可確保基板上之一或多個圖案的準確曝光。

根據實施例，對準裝置400可包括根據此實施例之實例之照明系統402、光束分光器414、干涉計426、偵測器428及信號分析器430。照明系統402可經組態以提供具有一或多個通頻帶之電磁窄頻帶輻射光束404。在實例中，一或多個通頻帶可在約400nm至約2.0μm之間的波長之光譜內。在另一實例中，一或多個通頻帶可為在約400nm至約2.0μm之間的波長之光譜內的離散窄通頻帶。

光束分光器414可經組態以接收輻射光束404且將輻射子光束415導向至置放於載物台422上之基板420上。在一個實例中，載物台422可沿著方向424移動。輻射子光束415可經組態以照明位於基板420上之對準標記或目標418。在此實施例之實例中，對準標記或目標418可塗佈有輻射敏感膜。在另一實例中，對準標記或目標418可具有一百八十度(亦即，180°)對稱性。亦即，在對準標記或目標418繞垂直於對準標記或目標418之平面之對稱軸旋轉180°時，經旋轉的對準標記或目標418可與未旋轉之對準標記或目標418實質上相同。基板420上之目標418可為：(a)包含由固體抗蝕劑線形成之條形物的抗蝕劑層光柵，或(b)產品層光柵，或(c)包含疊對或交錯於產品層光柵上之抗蝕劑光柵的疊對目標結構中之複合光柵堆疊。該等條形物可替代地經蝕刻至基板中。

根據實施例，光束分光器414可進一步經組態以接收繞射輻射光束419且朝向干涉計426導向繞射輻射子光束429。

在實例實施例中，繞射輻射子光束429可為可自對準標記或目標418反射之輻射子光束415之至少一部分。在此實施例之實例中，干涉計426包含任何適當的光學元件集合，例如，可經組態以基於所接收之繞射輻射子光束429形成對準標記或目標418之兩個影像的稜鏡之組合。干涉計426可進一步經組態以將兩個影像中之一者相對於兩個影像中之另一者旋轉180°且以干涉方式重組經旋轉影像及未旋轉影像。在一些實施例中，干涉計426可為自參考干涉計，其揭示於美國專利第6,628,406號(Kreuzer)中且以全文引用之方式併入本文中。

在實施例中，偵測器428可經組態以經由干涉計信號427接收經重組影像，且在對準裝置400之對準軸421穿過對準標記或目標418之對稱中心(未展示)時偵測由經重組影像引起的干涉。根據實例實施例，此干涉可歸因於對準標記或目標418成180°對稱且經重組影像建設性地或破壞性地進行干涉。基於偵測到之干涉，偵測器428可進一步經組態以判定對準標記或目標418之對稱中心的位置且因此偵測基板420之位置。根據實例，對準軸421可與垂直於基板420之光學光束對準且穿過影像旋轉干涉計426之中心。偵測器428可進一步經組態以藉由實施感測器特性且與晶圓標記程序變化相互作用來估計對準標記或目標418之位置。

在另一實施例中，偵測器428藉由執行以下量測中之一或多者來判定對準標記或目標418之對稱中心的位置：●量測針對各種波長之位置變化(各顏色之間的位置移位)；●量測針對各個階之位置變化(各繞射階之間的位置移位)；及●量測針對各種偏振之位置變化(各偏振之間的位置移位)。

可例如運用任何類型之對準感測器來獲得此資料，該對準感測器例如係：如美國專利第6,961,116號中所描述之SMASH(智慧型對準感測器混合)感測器，其採用具有單個偵測器及四個不同波長的自參考干涉計，且在軟體中提取對準信號；或如美國專利第6,297,876號中所描述之ATHENA(使用對準之高階增強的進階技術)，其將七個繞射階中之每一者導向至專用偵測器，該等專利兩者均以全文引用之方式併入本文中。本文中所描述之概念可適用的另一對準感測器為以引用之方式併入本文中之US 2008/0043212中所描述的來自尼康株式會社(Nikon Corporation)之雷射干涉對準(LIA)感測器及/或其對準系統。

在實施例中，信號分析器430可經組態以判定載物台422之位置且使載物台422之位置與對準標記或目標418的對稱中心之位置相關。因而，可參考載物台422準確地知曉對準標記或目標418之位置及(因此)基板420之位置。

在一些實施例中，偵測器428可為允許準確的堆疊輪廓偵測之可能性的偵測器陣列。對於偵測器陣列，多個選項係可能的：多模光纖束；每通道之離散接腳偵測器；或CCD或CMOS(線性)陣列。多模光纖束之使用使得能夠出於穩定性原因而遠端地定位任何耗散元件。離散接腳偵測器提供大動態範圍，但其各自需要單獨的前置放大器。元件之數目因此受到限制。CCD線性陣列提供可高速地讀出且在使用相位步進偵測之情況下尤其受到關注的許多元件。

圖3(a)展示根據實施例之繞射光柵516的橫截面圖。繞射光柵516可包括形成於基板520上之間距或週期「Λ」及光柵線寬「d」。較高繞射階之效率可藉由繞射光柵516之參數判定，該等參數諸如係光柵結構的輪廓(例如，矩形形狀)、膜堆疊厚度「t」、工作循環「F」等。工作循環「F」可經定義為光柵寬度d與間距Λ之比率，亦即，F=d/Λ。可使用嚴密的向量波模型化或各種其他方法預測繞射效率以對馬克士威方程式(Maxwell's equations)進行求解，該等方程式充分地描述光傳播時的電磁場。

在一個實例中，繞射光柵516之光譜性質(例如，繞射角)可由光柵方程式描述。舉例而言，在運用具有波長λ之輻射光束515進行正入射的情況下，可藉由以下方程式預測第m階之繞射角

：

且在

處之入射角的情況下，繞射方程式(1)可經修改為

繞射光柵可用作對準標記(亦稱作對準目標)。對準系統之操作可基於兩個對稱高階繞射之間(例如，分別具有m=+1及m=-1之繞射光束519-1與519-2之間)的相移△φ。當繞射光柵516不移動時，繞射光束519-1及519-2之頻率v可相同，亦即，vλ=c，其中c為光速。在此實例中，繞射光束519-1與519-2同相。若繞射光柵516或基板520例如沿著掃描方向524相對於物鏡512或干涉計(未展示)以速度V_stage移動，則歸因於都卜勒效應(Doppler Effect)，繞射光束519-1之頻率可增加△v，而繞射光束519-2之頻率可減少△v。所得頻率差在到達干涉計的繞射光束519-1與繞射光束519-2之間產生相位差△φ(t)，其可表達為：

其他較高階繞射光束遵循相似行為。因而，在干涉計的輸出端處量測之光強度I_SUM可為光柵偏移x ₀(與光柵之中心的移位)之函數。

藉由掃描光柵516(在圖3(b)之俯視圖中展示)，對準信號可經調變且在光強度I_SUM的時間調變中呈現。通過資料處理及分析，可濾出雜訊及其他因素，且可藉由參數擬合及自經量測光強度I_SUM之提取來判定光柵偏移x ₀。在圖3(b)中，繞射光柵516在基板520上在x或在y方向上定向。在一些實施例中，繞射光柵516可在基板520上在任何其他方向上定向。舉例而言，繞射光柵516可相對於x方向具有45度角(在圖3(b)中未展示)。

即使微影系統在積體電路之進階技術節點處提供愈來愈小之圖案化特徵，微影系統亦需要提高接收愈來愈小之對準標記或目標的不同微影層級之間的準確對準。對準標記通常可置放於切割道中，該切割道即晶片或晶粒(產品區域)之間的區域，隨後在封裝之前在晶粒切割時將該區域拋棄。對於給定程序監測區域，較小尺寸亦允許更多對準標記分佈在各種部位處以改進跨晶圓之對準及/或疊對均一性。可替代地，對於具有較大區域之晶粒，較小對準標記可置放於晶粒內部以改進跨產品晶片之對準。

當前，基於干涉之對準系統依賴於光柵掃描以產生經調變對準信號。圖3(b)展示根據一些實施例之在基板520上沿著x及y方向的對準標記。輻射光束515可在x方向上及y方向上跨對準標記進行掃描。在一些實施例中，基板520移動，而非輻射光束515。

在一個實例中，為了產生可靠對準信號，長對準標記經設計以提供足夠距離以供掃描。在基於影像之對準系統中，可使用小對準標記。然而，歸因於大資料獲取及處理，解析度及速度可能受到限制。

根據本發明之各種實施例提供用於藉由使用主動相位調變來與小標記進行對準之裝置及方法。舉例而言，x及y尺寸小於6μm(例如，小至5μm×5μm)之對準標記可足以提供具有良好解析度的對準信號。圖4中說明了例示性對準標記或目標618之俯視圖，其中在x及y方向上配置了二維繞射光柵，以使得可在不移動輻射光束515之情況下判定對準目標618的位置。藉由使用主動相位調變，可同時量測對準目標618的沿著x及y方向之對準信號，且可同時判定x及y方向上的對準目標618之位置。

在一些實施例中，對準目標618可包括在除x或y方向外之任何方向上定向的繞射光柵。舉例而言，繞射光柵可相對於x或y方向形成45度角。

已經提出各種相位調變器以針對對準應用(或使用外差式偵測之任何其他度量衡應用)實現此相位調變。已經提出壓電調變器(例如，掃描鏡面)；然而，此意謂相位調變藉由鏡面的移動及所使用之需要校準的波長來判定。使用電光調變器意謂相位調變取決於所使用之波長。聲光調變器提供獨立於波長之線性相位掃掠，但每一波長具有不同出射角度。若未經正確校準，則此可在單個色帶內引起位置誤差。

本文中提出了一種相位調變器設計，其為所有波長提供恆定相位掃掠及通用出射角度。另外，本文中所揭示之實施例在可藉由諸如當前在許多對準感測器上所使用的彼等低雜訊偵測器的低雜訊偵測器來偵測之頻率下提供恆定相位掃掠。

圖5說明根據第一實施例之所提出線性相位調變器LPM。相位調變方案係基於聲學濾光器，諸如聲光調變器AOM(例如，聲光可調諧濾光器(AOTF))。AOM之壓電換能器可以極穩定頻率驅動，從而在AOM介質(例如，其可為石英或任何其他適合聲光材料)內產生極穩定移動聲波。AOM之可調諧性使得能夠根據其調諧繞射階的繞射角；例如，以使繞射階最佳化。

在圖5中，輸入光束IB使用聲光調變器AOM調變，該聲光調變器AOM經組態以在AOM媒體介質內提供具有頻率υ₁之聲波。此行進波形成移動聲學光柵，入射光(輸入光束IB)自移動聲學光柵繞射。因為該移動聲學光柵為移動光柵，所以每一繞射階得到都卜勒頻移△υ ₁：△υ ₁=n*υ ₁ (5)

其中n為所透射繞射階。此都卜勒頻移等效於包含於輸入光束IB內之每一波長的線性相位掃掠，此相位掃掠(時間相移φ(t))藉由以下函數描述：φ(t)=2*π*△υ ₁*t (6)

其中t為時間。

AOM可在大約MHz之頻率下運用例如晶體振盪器(其係極其穩定的)激發。此僅產生若干繞射階，該等繞射階可易於空間分離且視需要經阻擋。舉例而言，零階0可運用零階擋板或射束集堆BD阻擋，且等效射束集堆可視需要用於阻擋任何其他階。可調諧藉由AOM針對給定階外加之繞射角；例如，以使處於所要繞射階的光之量最大化。舉例而言，實踐實施例可經組態以具有處於所要繞射階之約50%入射光及處於相鄰階的剩餘入射光。僅出於簡單起見，在圖5中展示零階0及一次繞射階(例如，+1繞射階)。

聲光調變器AOM之優點在於所有波長接收相同線性相位掃掠。然而，每一波長(一個繞射階之三個波長+1_λ1、+1_λ2、+1_λ3展示於圖中)具有不同傳播方向。此不僅為對準及疊對中之多色應用之問題且亦為單一顏色應用的問題。通常，在後一情況下，可存在顏色頻寬>5nm，此意謂此頻寬內之每一波長將接收不同傳播方向，從而在未經校準的情況下潛在地引起誤差。

此處提出的解決方案係將AOM的輸出重新聚焦至包含間距(該間距與AOM之聲學光柵匹配)之光柵G上，必要時包括用於兩者之間的任何放大率光學器件之校正；例如，從而產生由透鏡L1、L2表明的光學配置。為簡單起見，此光學配置已說明為4f方案(兩個透鏡L1、L2分別具有焦距f_L1、f_L2)；當然，此純粹係例示性的且存在有可能使用可替代地使用之透鏡、鏡面及/或其他光學元件等來重新聚焦光束之許多替代配置。

如已經陳述的，在實施例中，AOM可以MHz量值頻率驅動。此係因為此類頻率在合乎需要的範圍(例如，1至100μm)中以標稱間距產生聲學光柵。令人遺憾地，此產生已經受MHz頻移(例如，頻率υ₁)之輸出光束OBυ ₁，該輸出光束OBυ ₁無法運用通常在許多存在的對準感測器配置中所使用的類型之低雜訊偵測器偵測到。高頻率需要較高偵測頻寬，從而產生更多雜訊。

圖6說明克服此問題且可與低雜訊偵測器一起使用之另一實施例。此實施例包含提供第二線性相位調變器LPM2來以光學方式將第一頻率υ₁(MHz範圍)降混至可由低雜訊偵測器偵測之頻率(例如，通常在kHz範圍中)。除由AOM外加之頻率及外加於其上的繞射階(亦即，與第一線性相位調變器之繞射階的繞射階正負號相反)外，第二線性相位調變器LPM2基本上與第一線性相位調變器LPM1(亦即，圖5的線性相位調變器LPM)相似。第一線性相位調變器LPM1在+1繞射階上產生第一都卜勒頻移△υ ₁：1*υ ₁；第二線性相位調變器LPM2在-1繞射階上產生第二都卜勒頻移△υ ₂：-1*υ ₂(此係因為在此第二載物台中選擇負繞射階)。以此方式，輸出光束OBυ _1- υ ₂已都卜勒頻移υ ₁-υ ₂。應注意，完全有可能以MHz頻率驅動兩個AOM(在LPM1及LPM2中)，但選擇各別MHz頻率，以使得其差異頻率在kHz範圍中，同時亦將此差異維持得極其穩定。結果係其中線性地相位掃掠對應於在差異頻率下的都卜勒頻移的所有顏色之輸出光束。

圖7說明另一實施例，其以更簡單的實施基本上實現與圖6中所說明之功能性相同的功能性。代替具有第一線性相位調變器LPM1及第二線性相位調變器LPM2，各自具有各別補償性光柵G，此配置包含具有第一AOM AOM1及第二AOM AOM2之單個線性相位調變器LPM。第一AOM AOM1以與圖6實例中之第一線性相位調變器LPM1的AOM之方式相同的方式操作；例如，該第一AOM AOM1將第一都卜勒頻移△υ ₁外加在+1繞射階上：1*υ ₁。第二AOM AOM2以與圖6實例中之第二線性相位調變器LPM2的AOM之方式相同的方式操作；例如，該第二AOM AOM2將第二都卜勒頻移△υ ₂外加在-1繞射階上：-1*υ ₂。此外，第二AOM AOM2補償由第一AOM AOM1外加之波長依賴色散，以使得來自線性相位調變器LPM的-1繞射階輸出光束OBυ _1- υ ₂遭受少量或不遭受波長色散(分散鏡面輻射由射束集堆BD2阻擋)。如藉由圖6及圖7之底部處的等效方塊圖可看出，此等配置在輸出光束OBυ _1- υ ₂上產生相同效應。

為了實現必需的波長補償，第二AOM AOM2之頻率應與第一AOM AOM1匹配，此係考慮到由光學器件外加在兩者之間的任何放大率；例如，從而產生由透鏡L1、L2表明的光學配置。為簡單起見，此光學配置已說明為4f方案(兩個透鏡L1、L2分別具有焦距f_L1、f_L2)；當然，此純粹係例示性的且存在有可能使用可替代地使用之透鏡、鏡面及/或其他光學元件等來重新聚焦光束之許多替代配置。更一般而言，光學器件在AOM1與AOM2之間的匹配放大率允許在不同頻率下操作AOM。

當然，在圖6及圖7之實例中之每一者中，可使每一載物台處的階反向，以使得採取來自第一AOM之-1階及來自第二AOM的+1階。應注意，在所有以上實例中，正負號相反的階可根據相位波前(phase front)相對於源之傳播方向而彼此區別開。用於每一繞射階方向之相位波前傳播的方向將取決於移動(例如，聲學)光柵之行進方向及再成像系統(例如，如由透鏡L1、L2表示)的細節。此處，正階+1階經定義為相位波前遠離源(遠離AOM)移動的繞射階，且-1階經定義為相位波前朝向源(朝向AOM)移動的繞射階。因而，圖6及圖7之配置應使得在每一各別載物台處相對於源具有相反傳播繞射階(例如，在每一各別移動光柵/AOM處外加)的繞射階。對於給定之特定實例，此意謂圖6之配置的兩個聲學光柵在相同方向上移動。相反，在圖7中，歸因於重新聚焦至第二AOM AOM2上之光束的入射角，兩個聲學光柵在相反方向上移動。此在諸圖中藉由每一AOM上的箭頭指示。

藉助於第一實例，圖8展示利用圖6/圖7之(或圖5的或否則在本發明之範疇內的)線性相位調變配置之例示性基於繞射之對準感測器配置。圖8展示離軸對準感測器配置，量測光束B1、B2藉以在對準標記AM上處於非正入射角。源配置使用光束分光器BS_50：50將輸入光束IB同等地分成光束B1、B2。將光束B1導向成在第一方向上入射至對準標記AM上(例如，經由鏡面M1及物鏡OL)，且將光束B2導向成在第二方向上入射至對準標記AM上(例如，經由鏡面M2、光點鏡面SM及物鏡OL)。光束B1、B2之路徑中之一者包含線性相位調變配置LPM1、LPM2：配置展示將此路徑定位成作用於光束B1，儘管該路徑可定位成作用於光束B2。繞射輻射+1_λ1、+1_λ2、+1_λ3、-1_λ1、-1_λ2、-1_λ3傳播至自參考干涉計SRI，其中干涉該自參考干涉計SRI以獲得對準位置(將不詳細地描述SRI，且由於此等態樣較佳地經理解且可在本文中已經提及之許多公佈文獻(例如，US 6,628,406)中找到，所以剩餘對準感測器細節未經展示)。

線性相位調變配置LPM1、LPM2可操作以將相移φ引入於源自光束B2的正繞射階+1_λ1、+1_λ2、+1_λ3與源自光束B1之負繞射階-1_λ1、-1_λ2、-1_λ3之間且將偵測器處的經量測光強度變成：

其中Λ為聲學光柵之間距。

除所展示的離軸對準感測器外，此配置可在各種基於繞射之對準感測器中實施。特定言之，配置適用於在照明光學器件中控制相位之配置。然而，線性相位調變配置LPM1、LPM2可在系統中之別處實施以將線性時變相位差外加至一對互補繞射階中的一個繞射階，例如，直接外加在正繞射階+1_λ1、+1_λ2、+1_λ3或負繞射階-1_λ1、-1_λ2、-1_λ3中之一者上；(例如，針對彼階之所有波長)。

亦應注意，相位調變技術及裝置可應用於其他干涉技術，諸如外差式方案(其可用於例如對準或疊對度量衡)。使用用於對準之外差式方案的實例經描述於例如以引用的方式併入本文中之WO2017/125352中。

圖9展示在對準配置中應用平衡外差式偵測的例示性外差式對準感測器配置。輻射源提供輸入光束IB，藉由光束分光器BS_90：10自該輸入光束IB中採取輻射之一部分(例如10%)以提供參考光束RB，剩餘輻射包含量測光束MB。圖6/圖7之(或圖5的或否則在本發明之範疇內的)線性相位調變器LPM1、LPM2相對於量測光束MB對參考光束RB施加相位調變。來自對準標記AM之包含位置信號的繞射輻射+1、-1不成像於單個攝影機上，但在光束分光器BS2中與參考RB(藉由擴束器BE擴展)混合。

由於所施加相對相位調變，參考光束RB與繞射輻射+1、-1之間的干涉產生一對光學位置信號，該等光學位置信號成像於各別偵測器CAM1、CAM2上。此等光學位置信號中之每一者攜載對應於由相位調變器LPM1、LPM2施加之相位的時間變化之時變分量。兩個光學位置信號中之時變分量精確地彼此反相。藉由自兩個偵測器減去信號，時變分量變得明顯。可替代地，對準資訊可自信號(例如，成像於偵測器CAM2上之信號，其中忽略偵測器CAM1上之信號)中之僅一者提取。雖然現在具有較強DC分量，但偵測器CAM2上之影像將包含振盪痕量，可根據其判定對準位置。在基於所施加相位調變之知識而使用同步偵測的情況下，光學位置信號可用於獲得具有經改進信雜比之電子位置信號。

應注意，雖然以上描述已經就線性相位調變配置LPM1、LPM2對於對準或位置感測器之使用而言描述了該線性相位調變配置LPM1、LPM2，但該線性相位調變配置LPM1、LPM2亦可用於諸如基於散射量測之感測器的其他度量衡感測器中以用於量測疊對或焦點。

應注意，雖然以上描述已經就使用AOM來獲得移動光柵(亦即，移動聲學光柵)而言進行了描述，但本文中所描述的概念不限於此。可使用用以獲得移動光柵之可對繞射輻射外加波長獨立的線性時變相移之任何配置。因此，此類配置涵蓋所提供移動物理光柵(例如，經由致動器等移動)，且應理解，上文對AOM之任何提及通常可經理解為讀取移動光柵。

相位調變技術可用於包括外差式偵測之所有干涉技術中，且能夠進行無掃描的基於繞射之對準(或其他度量衡)，亦即，在不移動或掃描目標上方的光點之情況下進行對準。此外，存在此類方法除振幅資訊之外亦產生相位資訊之實情的優點。此情況能夠進行平衡外差式偵測以用於基於繞射之對準。

可使用以下條項來進一步描述實施例：

1.一種用於調變輸入輻射之相位調變器裝置，其包含：至少第一相位調變器，其包含：第一移動光柵，其處於至少可操作狀態，其用於使輸入輻射繞射且使繞射輻射之頻率都卜勒頻移；及第一補償性光柵元件，其包含間距，該間距經組態以補償該繞射輻射之至少一個繞射階的波長依賴色散。

2.如條項1之相位調變器裝置，其包含第一聲光調變器，該第一聲光調變器可操作以提供第一移動光柵，該第一移動光柵為第一移動聲學光柵。

3.如條項2之相位調變器裝置，其中第一聲光調變器包含聲光可調諧濾光器。

4.如條項1、2或3之相位調變器裝置，其中第一相位調變器包含第一光學配置以將至少一個繞射階重新聚焦至第一補償性光柵元件上。

5.如任一前述條項之相位調變器裝置，其中第一補償性光柵元件之光柵間距與第一移動光柵的間距匹配，該匹配補償第一移動光柵與第一補償性光柵元件之間所外加的任何介入放大率。

6.如任一前述條項之相位調變器裝置，其中該輸入輻射包含複數個波長。

7.如任一前述條項之相位調變器裝置，其包含處於至少可操作狀態之第二移動光柵，該第二移動光柵可操作以使自第一移動光柵輸出的輻射繞射且使此繞射輻射之頻率都卜勒頻移以便使自第一移動光柵輸出的輻射之頻率向下頻移。

8.如條項7之相位調變器裝置，其中由第一移動光柵繞射之該至少一個繞射階及由該第二移動光柵繞射的至少一個繞射階包含正負號相反的繞射階，以使得自相位調變器裝置輸出之輻射的輸出頻率包含用於產生第一移動光柵或其移動之第一頻率與用於產生第二移動光柵或其移動的第二頻率之差異。

9.如條項8之相位調變器裝置，其包含第二聲光調變器，該第二聲光調變器可操作以提供第二移動光柵，該第二移動光柵為第二移動聲學光柵。

10.如條項9之相位調變器裝置，其中用於產生第一移動光柵之第一頻率與用於產生第二移動光柵的第二頻率之差異小於1MHz。

11.如條項10之相位調變器裝置，其中正負號相反之該等繞射階包含+1繞射階及-1繞射階。

12.如條項9、10或11之相位調變器裝置，其中用於產生第二移動光柵之第二頻率使得第二移動光柵的光柵間距與第一移動光柵之光柵間距匹配，該匹配補償第一移動光柵與第二移動光柵之間所外加的任何介入放大率，以使得該第一補償性光柵元件包含該第二移動光柵。

13.如條項9至11中任一項之相位調變器裝置，其包含第二相位調變器，該第二相位調變器包含：第二聲光調變器；第二補償性光柵元件；及第二光學配置，其用以將自第二移動光柵繞射之輻射的至少一個繞射階重新聚焦至第二補償性光柵元件上；其中第二補償性光柵元件包含間距，該間距經組態以補償由該第二移動光柵繞射之該至少一個繞射階的波長依賴色散。

14.如條項13之相位調變器裝置，其中第二補償性光柵元件之光柵間距與第二移動光柵的光柵間距匹配，該匹配補償第二移動光柵與第二補償性光柵元件之間所外加的任何介入放大率。

15.如任一前述條項之相位調變器裝置，其中都卜勒頻移可操作以對每一繞射階外加波長獨立的線性時變相移。

16.一種度量衡器件，其包含如任一前述條項之相位調變器裝置。

17.如條項16之度量衡器件，其中相位調變器裝置可操作以相對於由結構之量測產生的一對互補信號攜載繞射階中之一個信號攜載繞射階將線性時變相位差誘導至該對互補信號攜載繞射階中的另一信號攜載繞射階。

18.如條項16或17之度量衡器件，其中度量衡器件係離軸度量衡器件，且相位調變器裝置可操作以僅對一對離軸量測光束中之一個量測光束外加線性時變相移。

19.如條項16之度量衡器件，其中度量衡器件係外差式度量衡器件，其中相位調變器裝置可操作以對由度量衡器件產生的參考光束外加線性時變相移。

20.如條項16至19中任一項之度量衡器件，其中相位調變器裝置位於度量衡器件之照明配置中。

21.如條項16至20中任一項之度量衡器件，其中度量衡器件包含對準感測器。

22.如條項21之度量衡器件，其可操作以由於該線性時變相移且在不相對於對準標記移動量測光束之情況下而根據該對準標記的量測產生經調變對準信號。

23.如條項21或22之度量衡器件，其可操作以使用靜態量測光束相對於對準標記量測在基板平面中任一尺寸小於6μm的對準標記。

24.一種微影裝置，其包含如條項21、22或23中任一項之對準感測器。

25.如條項24之微影裝置，其進一步包含：基板載物台，其用於固持基板；倍縮光罩載物台，其用於固持圖案化器件；及投影透鏡，其用於將該圖案化器件上之圖案投影至該基板上；其中對準感測器可操作以量測基板載物台及倍縮光罩載物台中之一或兩者的位置。

26.如條項16至20中任一項之度量衡器件，其中度量衡器件包含基於散射量測之度量衡裝置。

關於微影裝置所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365、355、248、193、157或126nm的波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5至20nm的範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。

術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。

對特定實施例之前述描述將因此完全地揭露本發明之一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此類特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及指導，此類調適及修改意欲在所揭示的實施例之等效物的含義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於(例如)描述而非限制之目的，以使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解譯。

本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效物進行定義。