CN113196177B - 量测传感器、照射***、和产生具有能够配置的照射斑直径的测量照射的方法 - Google Patents

量测传感器、照射***、和产生具有能够配置的照射斑直径的测量照射的方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于将非相干辐射传递至量测传感器***的照射***。还公开了相关联的量测***和方法。所述照射***包括用于对位于所述量测传感器***的模块壳体外部的所述非相干辐射的束进行选择性空间滤波的空间滤波***。提供至少一个光导，该至少一个光导用于将被空间滤波后的非相干辐射的束引导至所述量测传感器***，所述至少一个光导使得所引导的辐射具有与入射角大致类似的出射角。

Description

量测传感器、照射***、和产生具有能够配置的照射斑直径的 测量照射的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月20日递交的欧洲申请18214547.4的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文中。
背景
技术领域
本发明涉及能在例如由光刻技术进行的器件制造中使用的方法和设备，并且涉及使用光刻技术来制造器件的方法。本发明更具体地涉及量测传感器。
背景技术
光刻设备是一种将期望的图案施加至衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以使用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于产生要在IC的单层上形成的电路图案。可以将这种图案转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯、或若干管芯)上。典型地，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称为“场”。
在复杂的器件的制造中，典型地执行许多光刻图案化步骤，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的重要方面是将被施加的图案相对于在先前的层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)设置的特征正确地且准确地放置的能力。为此目的，所述衬底被提供有一组或更多组对准标记。每个标记是这样的结构：该结构的位置可以稍后利用位置传感器(典型地，光学位置传感器)来测量。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，通过所述一个或更多个对准传感器可以准确地测量衬底上的标记的位置。不同类型的标记和不同类型的对准传感器已知来自不同的制造商和相同的制造商的不同的产品。
在其它应用中，量测传感器被用于测量衬底上的曝光后的结构(抗蚀剂中和/或蚀刻之后)。快速且非侵入形式的专用检查工具是这样的散射仪：其中辐射束被引导到位于所述衬底的表面上的目标上，并且测量散射或反射束的性质。已知散射仪的例子包括在US2006033921A1和US2010201963A1中所述类型的角分辨散射仪。除了通过重构进行特征形状的测量以外，也可使用这种设备测量基于衍射的重叠，如公开的专利申请案US2006066855A1中所描述的。使用衍射阶的暗场成像的基于衍射的重叠量测实现了对较小目标的重叠测量。可以在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到暗场成像量测的示例，这些文献的全部内容由此以引用方式并入。在已公开的专利公开文件US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中已经描述了技术的进一步发展。这些目标可以小于照射斑并且可以被晶片上的产品结构包围。使用复合光栅目标可以在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请的内容同样通过引用并入本文中。
在一些量测应用中，诸如在一些散射仪或对准传感器中，经常期望在能够测量越来越小的目标的同时也保持与当前的或更大的目标尺寸的兼容性。在测量期间，优选地，为所述目标匹配测量斑尺寸，例如，使得相邻结构不干涉或不影响所述测量。将描述实现这种情形的改善方法。
发明内容
本发明在第一方面中提供一种用于将非相干辐射传递至量测传感器***的照射***，所述照射***包括：空间滤波***，所述空间滤波***用于对所述非相干辐射的束进行选择性空间滤波；和至少一个光导，所述至少一个光导用于将被空间滤波后的非相干辐射的束引导至所述量测传感器***，所述至少一个光导使得所引导的辐射具有与入射角大致类似的出射角。
本发明在第二方面中提供一种量测传感器***，所述量测传感器***包括：模块壳体，所述模块壳体包含量测传感器***光学器件；和根据第一方面所述的照射***，该照射***用于对非相干入射辐射进行空间滤波且将所述非相干入射辐射传递至所述模块壳体；其中所述照射***的至少所述空间滤波***被包括在所述模块壳体外部；并且所述量测传感器***是能操作的以从所述非相干入射辐射产生测量照射，所述测量照射的照射斑直径依赖于由所述空间滤波***进行的所述选择性空间滤波。
本发明在第三方面中提供一种量测传感器***，所述量测传感器***包括：模块壳体，所述模块壳体包含包括物镜的量测传感器***光学器件；和根据第一方面所述的照射***，该照射***用于对非相干入射辐射进行空间滤波且将所述非相干入射辐射传递至所述模块壳体；其中所述照射***的至少所述空间滤波***被包括在所述模块壳体外部；并且所述量测传感器***是能操作的以从所述非相干入射辐射产生测量照射，所述物镜的照射数值孔径依赖于由所述空间滤波***进行的所述选择性空间滤波。
本发明还提供一种光刻设备，所述光刻设备包括根据本发明的第二方面或第三方面所述的量测传感器***。
本发明还提供一种产生具有能够配置的照射斑直径的测量照射的方法，所述方法包括：产生非相干入射辐射的束；对非相干辐射的所述束进行选择性空间滤波；使用光导将被空间滤波后的非相干辐射的束引导至量测传感器***的模块壳体内，所述光导被配置成使得所引导的辐射具有与入射角大致类似的出射角；以及从被空间滤波后的非相干辐射的束产生测量照射，所述测量照射的照射斑直径依赖于在所述模块壳体外部执行的所述选择性空间滤波。
将根据下文描述的示例的考虑因素来理解本发明的以上方面和其它方面。
附图说明
现在将仅通过举例的方式、参考随附附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘了光刻设备；
图2示意性地图示图1的设备中的测量和曝光过程；
图3是根据本发明的实施例的可适用的示例量测装置的示意图；
图4包括：(a)入射辐射的光瞳图像；(b)图示图3的所述量测装置的操作原理的离轴照射束的光瞳图像；以及(c)图示图3的所述量测装置的另一操作原理的离轴照射束的光瞳图像；并且
图5示意性地图示了根据本发明的实施例、根据(a)第一斑尺寸设定和(b)第二斑尺寸设定的斑尺寸截面布置。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，提出可以实施本发明的实施例的示例环境是有指导意义的。
图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。所述光刻设备包括：照射***(照射器)IL，所述照射***被配置成调节辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如，掩模台)MT，所述图案形成装置支撑件或支撑结构被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并与配置成根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一***PM连接；两个衬底台(例如，晶片台)WTa和WTb，每个衬底台都被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并且每个衬底台都与配置成根据某些参数准确地定位衬底的第二***PW连接；以及投影***(例如，折射型投影透镜***)PS，所述投影***被配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到所述衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。参考框架RF连接各种部件，并且用作设定和测量图案形成装置和衬底的位置、以及位于图案形成装置和衬底上的特征的位置的基准。
所述照射***可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或者它们的任意组合，以用以对辐射进行引导、成形或控制。
图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、和诸如例如图案形成装置是否保持在真空环境中之类的其它条件的方式保持所述图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的、或其它夹持技术来保持所述图案形成装置。所述图案形成装置支撑件MT可以是框架或台，例如，它可以根据需要而是固定的或者可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保所述图案形成装置(例如，相对于所述投影***)位于期望的位置处。
本文中使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为表示可以被用于在辐射束的截面中赋予所述辐射束图案以便在所述衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应注意，例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则被赋予所述辐射束的图案可以不与所述衬底的目标部分中的期望的图案准确地对应。通常，被赋予至所述辐射束的图案将与在所述目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层对应。
如这里描绘的，所述设备属于透射类型(例如，采用透射型图案形成装置)。可替代地，所述设备可以属于反射型(例如，使用上文提及类型的可编程反射镜阵列，或者使用反射型掩模)。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD(液晶显示器)面板。本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”还可以被解释为表示以数字形式存储图案信息以用于控制这种可编程图案形成装置的装置。
在本文中所使用的术语“投影***”应被广义地解释为包括任意类型的投影***，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型以及静电型光学***或者它们的任意组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空之类的其它因素所适合的。本文中使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影***”是同义的。
所述光刻设备还可以属于如下类型：其中所述衬底的至少一部分还可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充所述投影***与所述衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至所述光刻设备中的其它空间，例如位于所述掩模与所述投影***之间的空间。在本领域中众所周知的是，浸没技术用于增加投影***的数值孔径。
在操作中，所述照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如当所述源是准分子激光器时，所述源和所述光刻设备可以是分立的实体。在这样的情况下，所述源并不被认为是构成所述光刻设备的一部分，并且所述辐射束被借助于包括例如适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递***BD而从所述源SO传递至所述照射器IL。在其它情况下，例如当所述源是汞灯时，所述源可以是所述光刻设备的组成部分。可以将所述源SO和所述照射器IL以及需要时与所述束传递***BD一起称为辐射***。
所述照射器IL可以例如包括积分器IN、聚光器CO、和用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。可以将所述照射器用于调整所述辐射束，以便在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
所述辐射束B被入射到保持于所述图案形成装置支撑件MT上的所述图案形成装置MA上，并且由所述图案形成装置来图案化。在已横穿所述图案形成装置(例如，掩模)MA之后，所述辐射束B穿过所述投影***PS，所述投影***PS将所述束聚焦至所述衬底W的目标部分C上。借助于所述第二***PW和位置传感器IF(例如，干涉量测装置、线性编码器、2D编码器或电容式传感器)，可以精确地移动所述衬底台WTa或WTb，例如以便将不同的目标部分C定位在所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械地获取之后或在扫描期间，可以将所述第一***PM和另一位置传感器(图1中未明确示出另一位置传感器)用于相对于所述辐射束B的路径准确地定位所述图案形成装置(例如，掩模)MA。
可以通过使用掩模对准标记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。虽然图示的衬底对准标记物占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间(这些目标部分公知为划线对准标记物)中。类似地，在将多于一个的管芯被设置在所述图案形成装置(例如，掩模)MA上的情形下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。较小的对准标记也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标记物尽可能小且不需要任何与相邻的特征不同的成像或过程条件。下文中进一步描述检测所述对准标记物的对准***。
所描绘的设备可以以各种模式来使用。在扫描模式中，在将被赋予至所述辐射束的图案投影至目标部分C上的同时，同步地扫描所述图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和所述衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过所述投影***PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定所述衬底台WT相对于所述图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向。在扫描模式中，所述曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中所述目标部分(沿非扫描方向)的宽度，而所述扫描运动的长度决定了所述目标部分C(沿扫描方向)的高度。如本领域中公知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓“无掩模”光刻术中，使可编程图案形成装置保持固定，但具有改变的图案，并且移动或扫描所述衬底台WT。
也可以采用上文描述的使用模式的组合和/或变形例，或完全不同的使用模式的组合和/或变形例。
光刻设备LA属于所谓的双平台类型，该双平台类型具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA——衬底台可以在这两个站之间进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在所述曝光站处被进行曝光时，另一衬底可以被加载到位于所述测量站处的另一衬底台上，并且执行各种预备步骤。这能够实现所述设备的吞吐量的显著增加。所述预备步骤可以包括使用水平传感器LS对所述衬底的表面高度廓进行绘图和使用对准传感器AS测量对准标记物的在所述衬底上的位置。如果所述位置传感器IF不能够在所述衬底台处于所述测量站以及处于所述曝光站的同时测量所述衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪所述衬底台相对于参考框架RF的位置。其它布置是已知的且可以用于代替示出的双平台布置。例如，在其中设置有衬底台和测量台的其它光刻设备是已知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，并且接着在衬底台经历曝光时脱离对接。
图2图示了将目标部分(例如，管芯)曝光到图1的双平台设备中的衬底W上的步骤。在虚线框内的左手侧是在测量站MEA处执行的步骤，而右手侧示出在所述曝光站EXP处执行的步骤。经常，所述衬底台WTa、WTb中的一个衬底台将位于所述曝光站处，而另一衬底台位于所述测量站处，如上文描述的。出于此描述的目的，假定衬底W已经被加载至所述曝光站中。在步骤200处，通过未示出的机构将新的衬底W’加载至所述设备。并行地处理这两个衬底以增加所述光刻设备的吞吐量。
首先参考新加载的衬底W’，这个衬底可以是先前未处理的衬底，该衬底使用用于在所述设备中的第一次曝光的新的光致抗蚀剂制备。然而，通常，所描述的光刻过程将仅仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经若干次地穿过这个设备和/或其它光刻设备，并且也可以经历后续过程。特别地，针对改善重叠性能的问题，任务将是确保新的图案被正确地施加于已经经受图案化和处理的一个或更多个周期的衬底上的正确位置处。这些处理步骤逐渐在所述衬底中引入变形，这些变形必须被测量和校正，以实现令人满意的重叠性能。
可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续的图案化步骤(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/或后续图案化步骤。例如，在器件制造过程中，在诸如分辨率和重叠之类的参数上要求非常高的一些层相比于其它要求不那样高的层可以在更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在浸没型光刻工具中曝光，而其它层在“干型”工具中曝光。一些层可以在DUV波长下工作的工具中曝光，而其它层使用EUV波长的辐射曝光。
在202处，将使用所述衬底标记P1等和图像传感器(未示出)的对准测量用以测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。此外，将使用对准传感器AS来测量遍及所述衬底W’上的若干对准标记。在一个实施例中这些测量结果被用于建立“晶片栅格”，所述晶片栅格非常准确地绘制标记在整个所述衬底上的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。
在步骤204处，还使用所述水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)图。常规地，高度图仅用于实现被曝光的图***聚焦。另外，可以出于其它目来使用高度图。
当加载衬底W’时，接收选配方案数据206，所述选配方案数据定义待执行的曝光，并且还定义所述晶片、先前制作的图案和待制作于晶片上的图案的性质。将在202、204处进行的晶片位置、晶片栅格和高度图的测量结果添加至这些选配方案数据，使得可以将完整的一组选配方案和测量数据208传递至所述曝光站EXP。对准数据的测量结果例如包括以与所述产品图案成固定或名义上固定的关系而形成的对准目标的X位置和Y位置，所述产品图案是所述光刻过程的产品。在曝光之前刚刚获得的这些对准数据用以产生对准模型，所述对准模型具有将所述模型与数据进行拟合的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间使用，以校正当前光刻步骤中所施加的图案的位置。所使用的模型在所测量的位置之间对位置偏差进行内插。常规的对准模型可以包括四个、五个或六个参数，这些参数一起以不同的尺寸来限定“理想”栅格的平移、旋转和缩放。已知使用更多参数的高级模型。
在210处，调换晶片W’和W，使得所测量的衬底W’变成进入所述曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过交换所述设备内的所述支撑件WTa和WTb来执行这种调换，使得所述衬底W、W’保持准确地被夹持且定位于那些支撑件上，以保持所述衬底台与衬底自身之间的相对对准。因此，一旦已调换所述台，确定投影***PS与衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置对于在控制曝光步骤时利用所述衬底W(以前为W’)的测量信息202、204是必要的。在步骤212处，使用所述掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218处，将扫描运动和辐射脉冲施加于遍及所述衬底W上的连续目标部位处，以完成多个图案的曝光。
通过在执行曝光步骤时使用在所述测量站处获得的对准数据和高度图，这些图案被相对于期望的部位准确地对准，并且具体地，相对于先前放置于同一衬底上的特征准确地对准。在步骤220处，从所述设备卸载的现在被标注为“W”的曝光后的衬底根据所曝光的图案而经历蚀刻或其它过程。
技术人员将认识到，上文的描述是在真实制造情形的一个示例中涉及的许多非常详细的步骤的简化概述。例如，而不是在单个行程中测量对准，将经常存在使用相同或不同的标记进行的粗略测量和精细测量的单独的阶段。可以在所述高度测量之前或之后、或与所述高度测量交错地执行粗略对准测量步骤和/或精细对准测量步骤。
近来已经公开了特定类型的量测传感器，量测传感器如对准和产品/过程监测量测应用两者。这描述了具有优化的相干性的量测装置。更具体地，所述量测装置被配置成产生测量照射的多个空间不相干束，每个所述束(或所述束的测量对的束，每个测量对对应于一个测量方向)在其横截面内具有相应的区，在这些区处，束之间的相位关系是已知的；即，存在针对相应的区的相互空间相干性。
这样的量测装置能够测量具有可接受的(最小)干涉伪影(散斑)的较小的节距目标并且还将是能以暗场模式操作的。这样的量测装置可以被用作用于测量衬底位置(例如，测量周期性结构或对准标记相对于固定参考位置的位置)的位置或对准传感器。然而，所述量测装置还可用于重叠的测量(例如，在拼接标记的情况下，不同层，或甚至同一层中的周期性结构的相对位置的测量)。所述量测装置还能够测量周期性结构的不对称性，并且因此可以被用于测量基于目标不对称性测量结果(例如，使用基于衍射的重叠(DBO)技术或使用基于衍射的聚焦(DBF)技术的聚焦)的任何参数。
图3示出这样的量测装置的可能的实现方式。所述量测装置本质上作为具有新颖的照射模式的标准显微镜来操作。所述量测装置300包括包含所述装置的主要部件的光学模块305。照射源310(照射源310可以位于所述模块305外部并且通过多模光纤315而被光学地耦接至所述模块305)将空间不相干辐射束320提供至所述光学模块305。光学部件317将所述空间不相干辐射束320传递至相干离轴照射发生器325。这个部件对于本文中的概念来说特别重要并且将被更详细地描述。所述相干离轴照射发生器325从所述空间不相干辐射束320产生多个(例如，四个)离轴束330。这些离轴束330的特性将在下文中被进一步详细描述。所述照射发生器的零阶可以被照射零阶块元件375阻挡。这个零阶将仅被呈现用于本文献中描述的一些相干离轴照射发生器的示例(例如，基于相位光栅的照射发生器)，并且因此在不产生这样的零阶照射时可以被省略。所述离轴束330(经由光学部件335和)斑反射镜340被传递至(例如，高NA)物镜345。所述物镜将所述离轴束330聚焦到位于衬底350上的样本上(例如，周期性结构/对准标记)，所述离轴束330在所述衬底350的样本上散射和衍射。散射后的较高衍射阶355+、355-(例如，分别为+1和1阶)经由所述斑反射镜340传播回去，并且被光学部件360聚焦到传感器或照相机365上，所述散射后的较高衍射阶355+、355在传感器或照相机365处干涉以形成干涉图案。然后，运行合适的软件的处理器380可以处理由照相机365捕获的干涉图案的一个或多个图像。
零阶衍射(镜面反射)辐射在检测支路中的合适的部位处被例如所述斑反射镜340和/或分离的检测零阶块元件所阻挡。应注意，对于离轴照射束中的每个离轴照射束存在零阶反射，即在当前实施例中总共存在这些零阶反射中的四个零阶反射。在图4(b)和图4(c)中示出适于阻挡这四个零阶反射的被标记为422的示例孔轮廓。这样，所述量测装置作为“暗场”量测装置来操作。
所提出的量测装置的主要概念是仅在需要时引发所述测量照射中的空间相干性。更具体地，在所述离轴束330中的每个离轴束中的相应的光瞳点集合之间引发空间相干性。更具体地，一光瞳点集合包括所述离轴束中的每个离轴束中的相应的单个光瞳点，所述光瞳点集合互相在空间上相干，但是其中每个光瞳点相对于同一束中的所有其它光瞳点是不相干的。通过以这种方式优化所述测量照射的相干性，对较小节距的目标执行暗场离轴照射变得可行，但是具有最小散斑伪影，这是因为每个离轴束330是空间不相干的。
图4示出三个光瞳图像以图示所述概念。图4(a)示出与图2中的光瞳平面P1有关的第一光瞳图像，并且图4(b)和图4(c)中的每个都示出与图2中的光瞳平面P2有关的第二光瞳图像。图4(a)(以截面形式)示出所述空间不相干辐射束320，并且图4(b)和图4(c)(以截面形式)示出在两个不同的实施例中由相干离轴照射发生器325产生的所述离轴束330。在每种情况下，外圆395的范围对应于所述显微镜物镜的最大检测NA；这可以为0.95NA(仅作为示例)。
所述光瞳中的每个光瞳中的三角形400指示相对于彼此空间相干的光瞳点集合。类似地，十字形405指示相对于彼此空间相干的另一光瞳点集合。三角形相对于十字形和与束传播相对应的所有其它光瞳点是空间不相干的。(在图4(b)中示出的示例中)一般原理是：互相空间相干的每个光瞳点集合(每个相干的点集合)在所述照射光瞳P2内具有与所有其它相干的点集合相同的间距。这样，在所述实施例中，每个相干的点集合是所有其它相干的点集合的光瞳内的平移。
在图4(b)中，由三角形400表示的第一相干的点集合中的每个光瞳点之间的间距必须等于由十字形405表示的相干的点集合中的每个光瞳点之间的间距。“间距”在这个内容背景下是方向性的，即，十字形集合(第二点集合)不允许相对于三角形集合(第一点集合)被转动。这样，所述离轴束330中的每个离轴束本身包括非相干辐射；然而，所述离轴束330一起包括在其截面内具有相应的点集合且具有已知的相位关系(空间相干性)的相同的束。应注意，每个点集合中的点不必是等间隔的(例如，在这个示例中四个三角形405之间的间距不必相等)。这样，所述离轴束330不必被对称地布置在所述光瞳内。
图4(c)示出，这个基本概念可以被扩展以提供仅与单个测量方向相对应的束之间的相互空间相干性，其中束330X对应于第一方向(X方向)并且束330Y对应于第二方向(Y方向)。在这个示例中，方形和加号中的每个都指示与由三角形和十字形表示的光瞳点集合相对应但不一定与由三角形和十字形表示的光瞳点集合空间相干的光瞳点集合。然而，十字形是互相空间相干的，如加号一样，并且十字形是加号的光瞳中的几何平移。这样，在图4(c)中，所述离轴束是仅成对相干的。
在这个实施例中，所述离轴束按方向(例如，X方向330X和Y方向330Y)被分别考虑。产生所捕获的X方向衍射阶的束对330X仅需要是彼此相干的(使得点对400X是互相相干的，如点对405X一样)。类似地，产生所捕获的Y方向衍射阶的束对330Y仅需要是彼此相干的(使得点对400Y是互相相干的，如点对405Y一样)。然而，点对400X和400Y之间不需要是相干的，点对405X和405Y之间也不需要是相干的。这样，存在包含在与每个所考虑的测量方向相对应的离轴束的对中的相干点对。如前所述，对于与测量方向相对应的每个束对，每个相干点对是所有其它相干点对的光瞳内的几何平移。
在许多量测装置中，经常期望具有能够配置的斑尺寸(即，所述衬底上的所述测量照射斑的直径)。特别地，这提供了测量不同目标尺寸的灵活性。当测量目标时，经常优选地用辐射“欠填充”所述目标，即，所述照射斑小于所述目标并且(至少大约)在所述目标上居中。以这种方式，相邻结构对测量的任何影响都可以被最小化。上文中描述的所述量测装置例如被设计用于与许多不同的目标尺寸和类型兼容。类似地，例如在WO2009/078708和WO2009/106279(引言中提到的其它文献)中描述的量测装置还被设计用于对不同的目标尺寸进行测量。
用于改变所述照射斑尺寸的典型的方法将包括位于所述量测***的光学模块内(例如，在图3中图示的装置的光学模块壳体305内的合适部位处)的可调谐元件(诸如，空间滤波器)。然而，出于许多原因，所述可调谐元件是不期望的。特别地，在所述光学模块内可能存在体积、热、振动和/或其它约束，这些约束妨碍所述可调谐元件或至少使所述可调谐元件是不期望的。特别地，由于这样的可移动/可调谐滤波器的相应的振动和热冲击，期望将可移动/可调谐滤波器放置在所述光学模块内。
这样，提出可调谐元件(诸如斑尺寸选择器或空间滤波器)被实施在合适的量测装置的所述光学模块壳体外部。特别地，合适的量测装置是任何量测装置，其中：
·提供至所述光学模块的照射是空间不相干的，
·所述衬底上的照射斑是旋转对称的，并且
·使用多模光纤或其它光导来将光传输至所述光学模块，对于所述多模光纤或其它光导，对于所有入射角，出射照射(相对于法线)的出射角都等于或至少大致等于入射照射(相对于法线)的入射角。实际上，这样的光纤(特别是当弯曲时)可以稍微改变相对于法线的角，而不是完全扰乱它。这种被稍微改变的角是权利要求的内容背景下的“大致类似的”角。
应理解，在坐标(x，y，φ，θ)处对于入射到多模光纤上的光射线，其中x、y指示位置，φ指示方位角，并且θ指示相对于法线的角度，则出射端处的出射角θout等于入射端处的入射角θin(其中，x、y和φ被扰乱)。结果，来自所述多模光纤的出现的出射照射将包括具有与入射锥体的最大入射半锥角θin相等的最大出射半锥角θout的出射锥体。注意，这对于除了多模光纤之外的一些其它类型的光导是成立的，并且本文中描述的概念同样适于任何这样的光导。
图5是示出所提出的布置的细节的简化示意图。图5(a)和图5(b)中的每个都示出具有不同的斑尺寸设定的同一设备。在图5(a)中，所述斑尺寸选择器515对所述衬底570上的相对较大的斑尺寸(照射斑直径)d1进行设置，而在图5(b)中，所述斑尺寸选择器515’对所述衬底570上的相对较小的斑尺寸(照射斑直径)d2进行设置。
所提出的斑尺寸选择器515、515’被实施在量测装置的所述光学模块535外部。所述量测装置可以是用于测量对准标记的位置的位置或对准传感器和/或是用于(例如，使用散射测量技术)测量其它过程参数(诸如，例如临界尺寸、聚焦和重叠)的量测装置。在示例量测装置300的内容背景下，所提出的斑尺寸选择器515布置可以位于照射源310与多模光纤315之间。
大致空间不相干辐射源500提供空间不相干辐射505，所述空间不相干辐射505被平行化光学元件510制成平行束。所述平行束穿过所述斑尺寸选择器515(例如，空间滤波器)，在这个示例中所述斑尺寸选择器515被设置用于允许整个束穿过(没有被阻挡的辐射)；这样，所述斑尺寸选择器515被设置用于最大照射斑直径。聚焦光学元件520对滤波后的辐射517进行聚焦，使得聚焦后的辐射525被入射到多模光纤530或保持入射角(如所描述的)的其它合适的波导上。
所述多模光纤530将(空间滤波后的)辐射540传输至所述光学模型535，在光学模型535中，所述辐射540以具有与其入射半锥角θin1相同的出射半锥角θout1的锥体的形式而被发射。所述辐射被透射通过所述光学***545和中间量测装置光学器件550(所述中间量测装置光学器件550依赖于实际的量测装置，所述中间量测装置光学器件550的细节对于本文中描述的概念来说是不重要的)。包括最终透镜560的物镜***555将所述测量照射565作为具有照射斑直径d1的测量斑而聚焦到所述衬底570上。应理解，由于来自所述多模光纤530的出射半锥角θout1与所述入射半锥角θin1相同，因此所述照射斑直径d1由所述入射半锥角θin1来确定，并且因此滤波后的辐射517的直径由所述斑尺寸选择器515来确定。
图5(b)示出同一设备，但是其中所述斑尺寸选择器515’(例如，空间滤波器)针对较小的照射斑直径d2进行设置。这样，所述斑尺寸选择器515’对所述空间不相干辐射505进行空间滤波。滤波后的辐射517以小于θin1的入射半锥角θin2被聚焦到所述多模光纤530中。结果，辐射540’的所述入射半锥角θout2小于出射半锥角θout1，并且因此所述照射斑直径d2小于所述照射斑直径d1。因此，斑尺寸选择器被实施在光学模块535外部。特别地，没有位于所述光学模块535内的相关联的移动部件的斑尺寸选择器被实施。
注意，所述斑尺寸选择器的实际形式并不重要并且可以不同于图示的空间滤波器类型布置。所述斑尺寸选择器可以包括可以互换位置的具有不同尺寸的单独的孔(例如，所述单独的孔可以是分立的滤波器，或者属于可以被转动使得所选孔对所述辐射进行滤波的孔盘的一部分)。替代地，所述滤波器可以包括具有可调谐孔尺寸的可调谐滤波器(例如，虹膜型孔)。这样，所述斑尺寸选择器可以实现两个或更多个离散尺寸之间的选择，或可以在尺寸范围内可连续地调谐。
应理解，与本文中描述的类似的***可以被用于其它孔尺寸的应用。例如，这样的***可以被用于对传感器或量测装置(例如，如图3中图示的量测装置)的照射NA进行调谐，而不是对所述衬底上的斑尺寸进行调谐。在这样的量测装置中NA调谐将是有用的，因为对照射NA进行调谐对所述衬底上的空间相干长度具有较大的(有效的)影响，这在很大程度上确定来自周围结构的串扰量。期望使照射NA最大，以使得来自周围结构的串扰最小化。另一方面，较大的照射NA使得更可能在零阶(光瞳)光阑周围具有零阶泄漏。这可能不利地影响对准性能。因此，最佳照射NA可以包括关于最佳对准准确度与再现性的权衡或折衷。这个最佳NA可以依赖于叠层性质，诸如晶片质量(衍射效率)。可调谐NA将允许为每个叠层(或应用)设置最佳照射NA。
通过将多模光纤530的出射表面成像到所述衬底570上而不是成像到所述物镜555的背焦面上，这样的量测装置可以实施可调谐照射NA。这样，在光纤出口与衬底之间在所述光学模块535内将需要多于1个(或少于1个)的透镜。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是将理解，可以以与所描述的方式不同的方式来实践本发明。
虽然上文已经在光学光刻术的内容背景下使用本发明的实施例进行了具体的参考，但是应理解，本发明的实施例可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上内容背景允许的情况下，不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了产生在衬底上的图案。图案形成装置的形貌可以被按压印到供给至衬底的抗蚀剂层中，由此抗蚀剂通过应用电磁辐射、热、按压或者它们的组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后，所述图案形成装置被移出抗蚀剂，在抗蚀剂中留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在1nm至100nm范围内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在内容背景允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。反射型部件可以用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。
本发明的广度和范围不应受到上文描述的任何的示例性实施例的限制，而应仅由随附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种用于将非相干辐射传递至量测传感器***的照射***，所述照射***包括：
空间滤波***，所述空间滤波***用于对所述非相干辐射的束进行选择性空间滤波；和
至少一个光导，所述至少一个光导用于将被空间滤波后的非相干辐射的束引导至所述量测传感器***，所述至少一个光导使得所引导的辐射具有与入射角大致类似的出射角，其中，所述量测传感器***是能操作的以从所述非相干辐射产生测量照射，所述测量照射的照射斑直径依赖于由所述空间滤波***进行的所述选择性空间滤波。
2.根据权利要求1所述的照射***，其中，所述空间滤波***包括至少一个孔，所述至少一个孔具有能够选择的尺寸以用于实施所述选择性空间滤波。
3.根据权利要求2所述的照射***，其中，所述至少一个孔是具有能够选择的直径的大致圆形。
4.根据权利要求3所述的照射***，其中，所述空间滤波***包括具有不同尺寸的多个所述孔，通过选择所述孔中的一个孔来实施所述选择性空间滤波以对非相干辐射的所述束进行滤波。
5.根据权利要求2或3所述的照射***，其中，所述空间滤波***包括单个孔，所述单个孔具有能够配置的尺寸以用于实施所述选择性空间滤波。
6.根据任一前述权利要求所述的照射***，包括聚焦光学元件，所述聚焦光学元件用于将被空间滤波后的非相干辐射的束作为具有第一半锥角的入射锥体聚焦到所述至少一个光导的入射端上，使得所引导的辐射的所得到的出射锥体具有所述第一半锥角。
7.根据任一前述权利要求所述的照射***，包括平行化光学元件，所述平行化光学元件用于限定所述空间不相干辐射的平行束，使得所述空间滤波***对非相干辐射的所述平行束进行空间滤波以实施所述选择性空间滤波。
8.根据任一前述权利要求所述的照射***，包括用于产生所述非相干辐射的照射源。
9.根据任一前述权利要求所述的照射***，其中，所述至少一个光导包括多模光纤。
10.一种量测传感器***，包括：
模块壳体，所述模块壳体包含量测传感器***光学器件；和
根据任一前述权利要求所述的照射***，所述照射***用于对非相干入射辐射进行空间滤波且将所述非相干入射辐射传递至所述模块壳体；其中，
所述照射***的至少所述空间滤波***被包括在所述模块壳体外部；并且
所述量测传感器***是能操作的以从所述非相干入射辐射产生测量照射，所述测量照射的照射斑直径依赖于由所述空间滤波***进行的所述选择性空间滤波。
11.一种量测传感器***，包括：
模块壳体，所述模块壳体包含包括物镜的量测传感器***光学器件；和
根据权利要求1至9中任一项所述的照射***，所述照射***用于对非相干入射辐射进行空间滤波且将所述非相干入射辐射传递至所述模块壳体；其中，
所述照射***的至少所述空间滤波***被包括在所述模块壳体外部；并且
所述量测传感器***是能操作的以从所述非相干入射辐射产生测量照射，所述物镜的照射数值孔径依赖于由所述空间滤波***进行的所述选择性空间滤波。
12.根据权利要求10或11所述的量测传感器***，其中，所述量测传感器***被实施为用于测量光刻设备内的对准的对准传感器***。
13.根据权利要求11或12所述的量测传感器***，其中，所述量测传感器***被实施为用于测量使用光刻设备形成的结构的一个或更多个过程参数的过程监测传感器***。
14.一种光刻设备，包括根据权利要求11至13中任一项所述的量测传感器***。
15.一种产生具有能够配置的照射斑直径的测量照射的方法，所述方法包括：
产生非相干入射辐射的束；
对非相干辐射的所述束进行选择性地空间滤波；
使用光导将被空间滤波后的非相干辐射的束引导至量测传感器***的模块壳体内，所述光导被配置成使得所引导的辐射具有与入射角大致类似的出射角；以及
从空间滤波后的非相干辐射的束产生测量照射，所述测量照射的照射斑直径依赖于在所述模块壳体外部执行的所述选择性空间滤波。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，使用具有能够选择的尺寸的至少一个孔来执行所述空间滤波。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：从具有不同尺寸的多个孔中选择孔以选择和/或改变所述照射斑直径。
18.根据权利要求15所述的方法，包括：配置具有能够配置的尺寸的单个孔的尺寸以选择和/或改变所述照射斑直径。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，包括：将被空间滤波后的非相干辐射的束作为具有第一半锥角的入射锥体聚焦到所述至少一个光导的入射端上，使得所引导的辐射的所得到的出射锥体具有所述第一半锥角。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，包括：限定所述空间不相干辐射的平行束，使得对非相干辐射的所述平行束进行所述空间滤波。
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