使用目标或产品的形状双折射的晶片对准的制作方法

使用目标或产品的形状双折射的晶片对准
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年2月21日递交的美国临时专利申请号62/808,423的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.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：

4.光刻设备是一种将期望图案施加到衬底上、通常是施加到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以被用于例如集成电路(ic)的制造中。在该情况下，图案形成装置(其备选地被称为掩模或掩模版)可以被用于生成待被形成在ic的单个层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干管芯的一部分)上。图案的转印通常经由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，单个衬底将包含被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，其中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描器，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案来照射每个目标部分，同时在平行或反平行于该扫描方向上同步地扫描目标部分。也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。
5.另一光刻系统是干涉光刻系统，其中没有图案形成装置，而是将光束分成两束，并且通过使用反射系统使两束在衬底的目标部分处干涉。干涉导致在衬底的目标部分处形成线。
6.在光刻操作期间，不同的处理步骤可能需要在衬底上按顺序形成不同的层。因此，可能有必要相对于在衬底上形成的现有图案以高精度地定位衬底。通常，对准标记被放置在待被对准的衬底上，并且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，以确保从掩模进行准确的曝光。在两个不同层的对准标记之间的对准不良被测量为重叠误差。
7.为了监测光刻过程，测量图案化衬底的参数。例如，参数可以包括在图案化衬底中或在其上形成的连续层之间的重叠误差、以及显影的光致抗蚀剂的临界线宽(cd)。该测量可以在产品衬底和/或专用量测目标上执行。有多种用于测量在光刻过程中形成的微观结构的技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。一种快速且无创形式的专用检查工具是散射仪，在散射仪中将辐射束引导到衬底表面的目标上，并且测量散射或反射束的性质。通过比较束在被衬底反射或散射之前和之后的性质，可以确定衬底的性质。例如，这可以通过将反射束与在已知测量库中存储的、与已知衬底性质相关联的数据进行比较来完成。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并且测量散射到特定窄角度范围内的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。相反，角分辨散射仪使用单色辐射束，并且测量根据角度变化的散射辐射的强度。
8.这种光学散射仪可以被用于测量参数，诸如显影的光致抗蚀剂的临界尺寸或在图案化的衬底中或之上形成的两层之间的重叠误差(ov)。可以通过比较照射束在被衬底反射或散射之前和之后的性质来确定衬底的性质。
9.随着半导体器件变得越来越小，越来越精细，制造容许度不断提高。因此，需要继续改进量测测量。散射仪的一种示例性用途是用于临界尺寸(cd)量测，这对于测量图案化结构(诸如半导体晶片)特别有用。光学cd量测技术包括圆顶散射测量、光谱反射测量和光谱椭圆测量。所有这些技术都是基于测量不同入射方向的不同偏振光的反射强度。这种技术需要高消光比或偏振纯度。偏振分束器(pbs)按偏振状态划分光，以透射p偏振光，同时反射s偏振光。尽管理想的pbs可以透射100％的p偏振并且反射100％的s偏振，但是真正的pbs可以透射和反射s偏振光和p偏振光的混合物。p偏振光和s偏振光之间的比率称为消光比。光学cd需要高消光比。
10.散射仪的另一示例性用途是用于重叠(ov)量测，这对于测量晶片上的叠置层的对准很有用。为了控制光刻过程以将器件特征准确地放置在衬底上，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更多个对准设备，必须通过该对准设备准确地测量衬底上标记的位置。在一种已知的技术中，散射仪测量来自晶片上目标的衍射光。
11.通常，光刻对准和量测是分别利用专用工具进行的两个不同步骤。对准是用以将所述晶片准确地放置在所述光刻设备下方所需的晶片侧向位置的测量，并且量测通常评估在下一层被印制之后所述操作的完成情况。然而，也有可能利用稍微大于所述目标直径的偏移来印制目标并且通过记录的所述对准工具来评估偏移重叠。这种偏移重叠可以被用于光刻机器验证，以通过紧接地即连续地印制偏移和真实重叠目标两者来验证直接重叠量测方法，或甚至被用作对所述扫描器本身的反馈校正。以这些方式，对准工具也可以是与光刻量测相关的。
12.理想地，重叠误差仅是衬底在光刻系统内的定位的产物。然而，实际上，重叠误差源自对准设备、衬底、以及已经印制在关注的层下方的图案(通常被称为叠层)的确切材料类型和图案的几何形状之间的相互作用。对准设备和衬底的变化会在评估对准标记的真实位置时产生误差。这种误差被称为“过程中”精度误差。对准设备光学器件包含制造像差，因此不能使其相同。此外，基于衍射的对准设备光学器件不能区分由对准目标中的不对称性变化引起的相位偏移，以及对准目标的衍射阶之间的相位差。衬底(例如，晶片叠层)同样具有由于制造和后制造过程而引起的性质变化。由于加工导致的对准目标中的不对称性变化会导致高达几纳米的对准误差，并且难以预测或校准。这个“过程中”的精度问题限制了对准设备的稳健性。
13.因此，需要一种系统和方法，以提供对于对准标记或目标的过程和结构变化相对不敏感的对准。


技术实现要素：

14.本公开中描述了对准系统和方法的实施例。
15.在一些实施例中，一种方法包括：引导具有第一偏振态的照射束以形成来自对准目标的、具有第二偏振态的衍射束并且将所述衍射束拆分成第一和第二偏振子束。所述方法也包括：通过对两个子束进行强度测量来测量所述衍射束的部分或完全偏振态，以及根
据所测量的偏振态来确定所述对准目标的部位。
16.在一些实施例中，所述对准目标包括具有单个间距和两个或更多个占空比的多个衍射光栅，所述间距必须小于所述照射束的波长。所述对准目标的部位对应于所述衍射光栅的占空比。
17.在一些实施例中，所述光栅的占空比跨越整个所述目标被整体地改变。
18.在一些实施例中，使所述光栅的占空比跨越整个所述目标来展现单个局部最小值或最大值。
19.在一些实施例中，所述光栅的占空比跨越整个所述目标以较复杂的和可能周期性的方式而变化。
20.在一些实施例中，所述衍射光栅包括矩形形状。
21.在一些实施例中，所述衍射光栅包括具有顶部斜面、底部斜面或侧壁角的不对称形状。
22.在一些实施例中，所述衍射光栅包括正弦形状。
23.在一些实施例中，所述照射束是线性偏振的，并且所述照射束的电场相对于光栅线形成介于0度与90度之间的角度。
24.在一些实施例中，所述照射束是圆偏振的或是椭圆偏振的。
25.在一些实施例中，所述照射束相对于所述对准目标被正入射即法向入射。
26.本公开的另一方面提供了一种对准系统。所述对准系统包括第一光学系统和第二光学系统。所述第一光学系统被配置成朝向对准目标引导具有第一偏振态的照射束并且将具有第二偏振态的衍射束从所述对准目标引导至所述第二光学系统。所述第二光学系统被配置成将所述衍射束拆分成第一偏振子束和第二偏振子束。所述对准系统还包括：第一检测器和第二检测器，所述第一检测器和第二检测器被配置成根据所述第一偏振子束和第二偏振子束来测量投影通过所述偏振分析器的两个正交轴的偏振态；和处理器，所述处理器被配置成根据所测量的偏振态来确定所述对准目标的部位。
27.在一些实施例中，所述第一光学系统和第二光学系统与衬底上的所述对准目标整体地集成。
28.在一些实施例中，所述衬底包括硅。
29.在一些实施例中，所述第一光学系统和第二光学系统包括硅光子。
30.在一些实施例中，所述晶片和对准传感器可以在测量期间由运动控制系统来相对于彼此扫描，并且可以使用单个分辨率元件检测器。
31.在一些实施例中，所述晶片和对准传感器可以在测量期间相对于彼此固定，并且所述检测器将需要被放置在与所述晶片共轭的图像处的多个分辨率元件。
32.在一些实施例中，所述第一检测器和第二检测器被整体地集成在所述衬底上。
33.在一些实施例中，光纤光学器件可以被用作所述第一光学系统和第二光学系统的光学链路。
34.在一些实施例中，所述对准目标包括具有单个间距和两个或更多个占空比的多个衍射光栅，所述间距小于所述照射束的波长。
35.在下文中参考随附附图详细地描述本发明的另外的特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文仅出于说明性
的目的来呈现这样的实施例。基于本发明中包含的教导，相关领域技术人员将明白额外的实施例。
附图说明
36.被合并于本文中的并且构成说明书一部分的附图图示了本发明，并且与描述一起进一步用于解释本发明的原理，并且使得相关领域的技术人员能够制作和使用本发明。
37.图1a是根据示例性实施例的反射光刻设备的示意图。
38.图1b是根据示例性实施例的透射光刻设备的示意图。
39.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。
40.图3是根据示例性实施例的光刻单元的示意图。
41.图4a和4b是根据各种示例性实施例的增强的对准设备的示意图。
42.图5a和图5b是根据一些实施例的衍射光栅的俯视图和截面图。
43.图6是根据一些实施例的使用对准目标的形状双折射的对准系统的示意图。
44.图7a和图7b图示了根据一些实施例的具有单个间距和多个占空比的对准目标的俯视图和截面图。
45.图8图示了根据一些实施例的作为对准目标的占空比的函数的y投影偏振度。
46.图9图示了根据一些实施例的对准目标的占空比的示例性设计。
47.图10图示了根据示例性实施例的用于测量对准位置的流程图。
48.根据下文阐明的详细描述，当与附图结合时，本发明的特征和优点将变得显而易见，附图中相似的附图标记标识相对应的元件。在附图中，相似的附图标记通常指示相同的、功能上类似的、和/或结构上类似的元件。另外，通常，附图标记的最左边的数字标识其中所述附图标记首次出现的附图。除非另外指明，否则遍及整个本公开中所提供的附图不应被解释为成比例的附图。
具体实施方式
49.本说明书披露了合并本发明特征的一个或更多个实施例。所披露的实施例仅例示了本发明。本发明的范围不限于所披露的实施例。本发明由所附的权利要求限定。
50.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的特征、结构或特性，但是可能不一定每个实施例都包括特定的特征、结构或特性。而且，这种短语不一定是指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，应当理解，结合其它实施例(无论是否明确描述)来实现这种特征、结构或特性，也在本领域技术人员的知识的范围内。
51.为了便于描述如图中所示一个元素或特征与另一元素或特征的关系，此处可以使用空间相对术语，诸如“在
……
下方”、“在
……
下面”、“在
……
下部”、“在
……
上方”、“在
……
上面”、“在
……
上部”等。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖设备在使用或操作中的不同方位。该装置可以以其它方式定向(旋转90度或以其它方位)，并且相应地，在此使用的相关描述语可以在空间上被同样地解释。
52.如本文中使用的，术语“大约”表示可以基于特定技术而变化的给定量的值。根据特定的技术，术语“大约”可以表示给定量的值，该值在其例如10％到30％之间变化(例如，
该值的
±
10％、
±
20％或
±
30％)。
53.本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或更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，计算装置)可读的形式来存储或透射信息的任何机制。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；光学存储介质；闪存设备；电、光、声或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例程和/或指令可以在本文中描述为执行某些动作。但是，应当理解，这种描述仅仅是为了方便，并且这种动作实际上是由执行固件、软件、例程、指令等的计算装置、处理器、控制器或其它装置引起的。
54.然而，在更详细地描述这种实施例之前，提供可以实现本公开的实施例的示例环境是有益的。
55.示例光刻系统
56.图1a和图1b分别是可以在其中实现本发明实施例的光刻设备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：照射系统(照射器)il，其被配置为调整辐射束b(例如，深紫外线或极紫外辐射)；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，并且连接到第一定位器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，并且连接到第二定位器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，该投影系统ps被配置为将通过图案形成装置ma赋予到辐射束b的图案投射到衬底w的目标部分(例如，包括一个或更多个管芯)c上。在光刻设备100中，图案形成装置ma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。
57.照射系统il可以包括用于引导、整形或控制辐射束b的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、折反射、磁性、电磁、静电或其它类型的光学部件、或其任何组合。
58.支撑结构mt以以下方式来保持图案形成装置ma：依赖于图案形成装置ma相对于参考框架的定向、光刻设备100和100
′
中的至少一个的设计、以及其它条件(诸如图案形成装置ma是否被保持在真空环境中)。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，根据需要它们可以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例如相对于投影系统ps处于期望位置。
59.术语“图案形成装置”ma应当被广义地解释为：指代可以被用于向辐射束b的截面赋予图案的任何装置，例如可以在衬底w的目标区域c中产生图案的装置。赋予到辐射束b的图案可以对应于在目标部分c中产生的、器件中的特定功能层，以形成集成电路。
60.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的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列或可编程lcd面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移或衰减相移等掩模类型、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，每个小反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向上反射入射的辐射束。倾斜的反射镜将图案赋予在辐射束b中，该图案被小反射镜矩阵反射。
61.术语“投影系统”ps可以包含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，以适合所使用的曝光辐射、或其它因素，诸如在衬底w上使用浸没液体或使用真空等。真空环境可以被用于euv或电子束辐射，因为其它气体会吸收过多的辐射或电子。因此，借助于真空壁和真空泵可以向整个束路径提供真空环境。
62.光刻设备100和/或光刻设备100
′
可以是具有两个(双台)或多个衬底台wt(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加衬底台wt，或者可以在一个或更多个其它衬底台wt上进行曝光的同时，在一个或更多个工作台上执行制备步骤。在某些情况下，附加台可以不是衬底台wt。
63.光刻设备也可以是如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加到光刻设备中的其它空间，例如在掩模与投影系统之间。浸没技术在本领域中是众所周知的，其用于增加投影系统的数值孔径。如本文中使用的术语“浸没”并不表示诸如衬底等结构必须淹没在液体中，而是仅表示在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。
64.再次参考图1a和图1b，照射器il从辐射源so接收辐射束。光源so和光刻设备100、100
′
可以是分开的物理实体，例如，当光源so是准分子激光器时。在该情况下，不认为光源so形成为光刻设备100、100
′
的一部分，并且借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束透射系统bd(图1b中)，将辐射束b从源so传递到照射器il。在其它情况下，光源so可以是光刻设备100、100
′
的组成部分，例如当光源so是汞灯时。可以将源so和照射器il以及束透射系统bd(如果需要的话)一起称为辐射系统。
65.照射器il可以包括用于调整辐射束的角度强度分布的调整器ad(图1b中)。通常，照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部的径向范围(通常分别称为外部σ和内部σ)可以被调整。另外，照射器il可以包括各种其它部件(图1b中)，诸如积分器in和聚光器co。照射器il可以被用于调整辐射束b，以在辐射束b截面中具有期望的均匀性和强度分布。
66.参考图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，并且由图案形成装置ma图案化。在光刻设备100中，辐射束b从图案形成装置(例如，掩模)ma被反射。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，干涉仪、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台wt(例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器if1可以被用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)ma。图案形成装置(例如，掩模)ma和衬底w可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准。
67.参考图1b，辐射束b入射在保持在支撑结构(例如，掩模台mt)上的图案形成装置(例如，掩模ma)上，并且由图案形成装置图案化。在穿过掩模ma之后，辐射束b穿过投影系统ps，投影系统ps将束聚焦到衬底w的目标部分c上。投影系统具有相对于光瞳共轭ppu的照射系统光瞳ipu。辐射的一部分从照射系统光瞳ipu处的强度分布发出，并且穿过掩模图案而不受掩模图案处的衍射的影响，并且在照射系统光瞳ipu处产生强度分布的图像。
68.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
′
由标记图案mp所产生的衍射束通过来自强度分布的辐射而形成。例如，掩模图案mp可以包括线和间隔的阵列。阵列处的与零阶衍射不同的辐射衍射会生成被转向的衍射
束，该被转向的衍射束具有在垂直于线的方向上的方向变化。未被衍射的束(即，所谓的零阶衍射束)横穿图案，而传播方向没有任何变化。零阶衍射束穿过投影系统ps的上部透镜或上部透镜组(在投影系统ps的光瞳共轭ppu的上游)，以到达光瞳共轭ppu。在光瞳共轭ppu平面中并且与零阶衍射束相关的强度分布的一部分是照射系统il的照射系统光瞳ipu中强度分布的图像。孔阑装置pd例如设置在(或大致上位于)包括投影系统ps的光瞳共轭ppu的平面处。
69.投影系统ps被布置为借助于透镜或透镜组l不仅捕获零阶衍射束，而且捕获第一阶或第一阶和更高阶的衍射束(未示出)。在一些实施例中，用于成像线图案的偶极照射，可以被用于利用偶极照射的分辨率增强效果，该线图案在垂直于线的方向上延伸。例如，第一阶衍射束在晶片w的水平上与相应的零阶衍射束干涉，以产生具有尽可能高的分辨率和过程窗口(即，可用的焦深与可容许的曝光剂量偏差相结合)的线图案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，可以通过阻挡投影系统的光瞳共轭ppu中的、与相对象限中的辐射极相关联的零阶束，来减小像散像差。这在于2009年3月31日发布的us 7,511,799 b2中有更详细的描述，其全部内容通过引用并入本文。
70.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，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器(图1b中未示出)可以被用于相对于辐射束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，或者在扫描期间)。
71.通常，掩模台mt的移动可以借助于形成为第一定位器pm的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台wt的移动可以使用形成为第二定位器pw的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描器相对)，掩模台mt可以仅连接到短行程致动器，也可以被固定。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)占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(被称为划线对准标记)。类似地，在大于一个的管芯设置在掩模ma上的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。
72.掩模台mt和图案形成装置ma可以在真空腔室v中，其中真空机器人ivr可以被用于将诸如掩模等图案形成装置移入和移出真空腔室。备选地，当掩模台mt和图案形成装置ma在真空腔室外部时，类似于真空机器人ivr，真空外机器人可以被用于各种运输操作。真空内和真空外机器人都需要进行校准，以将任何有效负载(例如，掩模)平稳地转移到转移台的固定的运动支架上。
73.光刻设备100和100
′
可以在以下模式中的至少一种模式下使用：
74.在步进模式下，支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt基本上保持静止，而赋予到辐射束b的整个图案被一次投射到目标部分c上(即，一次静态曝光)。然后，衬底台wt在x和/或y方向上移动，使得可以曝光不同的目标部分c。
75.在扫描模式下，同步扫描支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt，同时赋予到辐射束b的图案被投射到目标部分c上(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，可以通过投射系统ps的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。
76.在另一模式下，支撑结构(例如，掩模台)mt保持基本静止，以保持可编程图案形成
装置，并且在赋予辐射束b的图案被投射到目标部分c上的同时，衬底台wt被移动或扫描。可以采用脉冲辐射源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。这种操作模式可以易于被应用于利用可编程图案形成装置(诸如可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术。
77.也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。
78.在另一实施例中，光刻设备100包括极紫外(euv)源，该极紫外源被配置为输出用于euv光刻的euv辐射束。通常，euv源被配置在辐射系统中，并且相应照射系统被配置为调整euv源的euv辐射束。
79.图2更详细地示出了光刻设备100，其包括源收集器设备so、照射系统il和投影系统ps。源收集器设备so被构建和布置为使得可以在源收集器设备so的封闭结构220中保持真空环境。发射等离子体210的euv辐射可以通过放电产生的等离子体源来形成。euv辐射可以由气体或蒸气产生，例如氙气、锂蒸气或锡蒸气，其中产生非常热的等离子体210以发射在电磁光谱的euv范围内的辐射。非常热的等离子体210通过例如放电来产生，该放电引起至少部分电离的等离子体。为了有效地生成辐射，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，提供激发的锡(sn)等离子体以产生euv辐射。
80.由热等离子体210发出的辐射经由可选的气体阻挡或污染物阱230(在某些情况下也称为污染物屏障或箔片阱)，从源腔室211进入收集器腔室212，气体屏障或污染物阱230定位在源腔室211中的开口中或开口的后面。污染物阱230可以包括通道结构。污染物阱230还可以包括气体阻挡或气体阻挡与通道结构的组合。本文进一步指出的污染物阱或污染物阻挡230至少包括通道结构。
81.收集器腔室212可以包括辐射收集器co，辐射收集器co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反射出来以被聚焦在虚拟源点if上。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为使得中间焦点if位于封闭结构220中的开口219处或开口219的附近。虚拟源点if是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤波器240特别地被用于抑制红外(ir)辐射。
82.随后，辐射穿过照射系统il，该照射系统il可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224被布置为：在图案形成装置ma处提供辐射束221的期望角度分布，并且在图案形成装置ma处提供期望的辐射强度均匀性。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，形成图案化束226，并且图案化束226通过投影系统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。
83.照射光学单元il和投影系统ps中通常可以存在比所示更多的元件。取决于光刻设备的类型，可以可选地存在光栅光谱滤波器240。此外，可以存在比图2所示更多的反射镜，例如，与图2所示的相比，在投影系统ps中可以存在一至六个附加反射元件。
84.仅作为收集器(或收集器镜)的示例，如图2所示的收集器光学器件co被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的巢状收集器。掠入射反射器253、254和255围绕光轴o轴向对称地布置，并且这种类型的收集器光学器件co优选地与放电产生的等离子体源(通常被
称为dpp源)结合使用。
85.示例性光刻单元
86.图3示出了光刻单元300，有时也被称为光刻单元或簇。光刻设备100或100
′
可以形成为光刻单元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过程的一个或更多个装置。常规地，这些一个或更多个装置包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机sc、用于使曝光的抗蚀剂显影的显影剂de、冷却板ch和焙烤板bk。衬底运送装置或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底，在不同的处理装置之间移动它们，然后将它们传送到光刻设备100或100
′
的进料台lb。这些装置(通常被统称为涂覆显影装置)处于涂覆显影装置控制单元tcu的控制下，涂覆显影装置控制单元tcu本身由管理控制系统scs控制，管理控制系统scs也经由光刻控制单元lacu控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以使生产量和处理效率最大化。
87.使用干涉仪的示例对准设备
88.为了控制光刻过程以将器件特征准确地置于衬底上，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更多个对准设备和/或系统，必须通过该对准设备和/或系统准确测量标记在衬底上的位置。这些对准设备实际上是位置测量设备。已知来自不同时期和不同制造商的不同类型的标记和不同类型的对准设备和/或系统。当前在光刻设备中广泛使用的一种系统基于自参考干涉仪(如美国专利号6,961,116(den boef等人)中所述的)。通常，分别测量标记以获取x和y位置。然而，可以使用美国公开号2009/195768a(bijnen等人)中描述的技术，来执行组合的x和y测量。这些公开的全部内容通过引用并入本文。
89.图4a示出了根据一个实施例的对准设备400的截面示意图，该对准设备400可以被实现为光刻设备100或100
′
的一部分。在该实施例的示例中，对准设备400可以被配置为使衬底(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还可以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使衬底相对于图案形成装置或光刻设备100或100
′
的其它部件对准。衬底的这种对准可以确保衬底上一个或更多个图案的精确曝光。
90.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、束分析器430和重叠计算处理器432。照射系统412可以被配置为提供具有一个或更多个通带的电磁窄带辐射束413。在一个示例中，一个或更多个通带可以在波长为大约500nm至大约900nm之间的光谱内。在另一示例中，一个或更多个通带可以是波长在大约500nm至大约900nm之间的光谱内的离散的窄通带。照射系统412还可以被配置为提供在长时间段内(例如，在照射系统412的寿命内)具有基本恒定的中心波长(cwl)值的一个或更多个通带。如上所述，在电流对准系统中，照射系统412的这种配置可以有助于防止实际cwl值与期望cwl值的偏移。并且，结果，与当前对准设备相比，使用恒定cwl值可以提高对准系统(例如，对准设备400)的长期稳定性和准确性。
91.根据一个实施例，分束器414可以被配置为接收辐射束413并且将辐射束413分成至少两个辐射子束。在一个示例中，辐射束413可以被分成辐射子束415和417，如图4a所示。分束器414还可以被配置为将辐射子束415引导到放置在台422上的衬底420上。在一个示例中，台422可以沿方向424移动。辐射子束415可以被配置为照射定位在衬底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
°
)的对称性。也就是说，当对准标记或目标418绕垂直于对准标记或目标418的平面的对称轴旋转180
°
时，旋转后的对准标记或目标418可以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)抗蚀剂层光栅，包括由实心抗蚀剂线形成的栅条，或(b)产品层光栅，或，(c)重叠目标结构中的复合光栅叠层，其包括叠加或交错在产品层光栅上的抗蚀剂光栅。备选地，该栅条可以被蚀刻到衬底中。该图案对光刻投影设备、特别是投影系统pl中的色差敏感，并且照射对称性和这种像差的存在，将在印制光栅的变化中显现出来。被用于设备制造中的、进行测量线宽、间距和临界尺寸的一种在线方法，利用一种被称为“散射测量法”的技术。散射测量方法在j.vac.sci.tech.b,vol.15,no.2,pp.361
‑
368(1997)的raymond等人的“multiparameter grating metrology using optical scatterometry”和spie,vol.3677(1999)的niu等人的“specular spectroscopic scatterometry in duv lithography”中有所描述，这两者均通过整体引用并入本文。在散射测量中，光被目标中的周期性结构反射，并且在给定角度下检测所得到的反射光谱。产生反射光谱的结构被重构，例如，使用严格耦合波分析(rcwa)或通过与仿真得出的模式库进行比较。因此，印制光栅的散射数据被用于重构光栅。可以根据印制步骤和/或其它散射测量过程的知识将光栅的参数(诸如线宽和形状)输入到由处理单元pu执行的重构过程中。
92.根据一个实施例，分束器414还可以被配置为接收衍射辐射束419，并且将衍射辐射束419分成至少两个辐射子束。在一个示例中，衍射辐射束419可以被分成衍射辐射子束429和439，如图4a所示。
93.应当注意，即使分束器414被示为将辐射子束415朝向对准标记或目标418引导，并且将衍射辐射子束429朝向干涉仪426引导，但是本公开不限于此。对于相关领域的技术人员清楚的是，可以使用其它光学布置来获取以下的类似结果：照射衬底420上的对准标记或目标418，以及检测对准标记或目标418的图像。
94.如图4a所示，干涉仪426可以被配置为通过分束器414接收辐射子束417和衍射辐射子束429。在一个示例实施例中，衍射辐射子束429可以是辐射子束415的、可以从对准标记或目标418反射的至少一部分。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，可以被配置为棱镜的组合，该棱镜的组合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。应当理解，不需要形成高质量的图像，但是应当分辨对准标记418的特征。干涉仪426还可以被配置为将两个图像中的一个图像相对于两个图像中的另一图像旋转180
°
，并且以干涉方式重新组合旋转后和未旋转的图像。
95.在一个实施例中，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接收重新组合的图像，并且检测由于重新组合图像而产生的干涉。这种干涉可能是由于对准标记或目标418呈180
°
对称而导致的，并且根据示例实施例，重新组合的图像相长或相消干涉。基于检测到的干涉，检测器428还可以被配置为确定对准标记或目标418的对称中心的位置，并且因此，检测衬底420的位置。根据一个示例，对准轴线421可以与垂直于衬底420并且穿过图像旋转干涉仪426的中心的束对准。检测器428还可以被配置为通过实现传感器特性并且与晶片标记过程变化相互作用，来估计对准标记或目标418的位置。
96.在另一实施例中，检测器428通过执行以下测量中的一个或更多个，来确定对准标记或目标418的对称中心的位置：
97.1.测量各种波长的位置变化(颜色之间的位置偏移)；
98.2.测量各种阶的位置变化(衍射阶之间的位置偏移)；以及
99.3.测量各种偏振的位置变化(偏振之间的位置偏移)。
100.例如，该数据可以利用任何类型的对准传感器，例如smash(smart对准传感器混合)传感器来获取，如美国专利no.6,961,116所述，该专利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高级技术)提取对准信号，如美国专利no.6,297,876所述，该专利将七个衍射阶中的每个衍射阶引导到专用检测器，这两个专利通过整体引用并入本文。
101.在一个实施例中，束分析器430可以被配置为接收和确定衍射的辐射子束439的光学状态。光学状态可以是束波长、偏振或束轮廓的量度。束分析器430还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。这样，参考台422，可以精确地知道对准标记或目标418的位置以及因此衬底420的位置。备选地，束分析器430可以被配置为确定对准设备400或任何其它参考元件的位置，使得可以参考对准设备400或任何其它参考元件，来知晓对准标记或目标418的对称中心。束分析器430可以是具有某种形式的波段选择性的点或成像偏振仪。根据一个实施例，根据其它实施例，束分析器430可以直接被集成到对准设备400中，或者经由几种类型的光纤连接：保偏单模、多模或成像。
102.在一个实施例中，束分析器430还可以被配置为确定衬底420上的两个图案之间的重叠数据。这些图案之一可以是参考层上的参考图案。另一图案可以是在曝光层上的曝光图案。参考层可以是在衬底420上已存在的蚀刻层。参考层可以通过光刻设备100和/或100
′
将参考图案在衬底上曝光来生成。曝光层可以是与参考层相邻的、曝光后的抗蚀剂层。曝光层可以通过光刻设备100或100
′
将曝光图案在衬底420上曝光来生成。衬底420上的曝光图案可以对应于台422相对衬底420的移动。在一个实施例中，所测量的重叠数据还可以指示参考图案与曝光图案之间的偏移。所测量的重叠数据可以被用作校准数据以校准由光刻设备100或100
′
曝光的曝光图案，使得在校准之后，可以使曝光层与参考层之间的偏移最小化。
103.在一个实施例中，束分析器430还可以被配置为确定衬底420的产品叠层轮廓的模型，并且可以被配置为在单次测量中测量目标418的重叠、临界尺寸和焦距。产品叠层轮廓包含有关叠层产品的信息，诸如对准标记、目标418或衬底420，并且可以包括标记过程变化引起的光学签名量测，该量测是照射变化的函数。产品叠层轮廓还可以包括产品光栅轮廓、标记叠层轮廓和标记不对称性信息。束分析器430的一个示例是由荷兰veldhoven的asml制造的yeldeldstar
tm
，如美国专利no.8,706,442中所述，该专利通过整体引用并入本文。束分析器430还可以被配置为处理与该层中的曝光图案的特定性质有关的信息。例如，束分析器430可以处理：重叠参数(指示该层相对于衬底上的先前层的定位精度、或第一层相对于衬底上标记的定位精度)、聚焦参数、和/或该层中所描绘图像的临界尺寸参数(例如，线宽及其变化)。其它参数是与所描绘的曝光图案的图像的质量有关的图像参数。
104.在一些实施例中，检测器阵列(未示出)可以连接到束分析器430，并且允许进行准
确的叠层轮廓检测的可能性，如下所述。例如，检测器428可以是检测器阵列。对于检测器阵列，可能有多种选择：多模光纤束、每通道的离散引脚检测器、或ccd或cmos(线性)阵列。出于稳定性原因，使用多模光纤束可以使得任何耗散元件位于较远的位置。离散pin检测器可以提供较大的动态范围，但每个都需要单独的前置放大器。因此，元件的数目受到限制。ccd线性阵列提供了很多可以高速读取并且在使用相位步进检测时尤其值得关注的元件。
105.在一个实施例中，第二束分析器430
′
可以被配置为接收和确定衍射辐射子束429的光学状态，如图4b所示。光学状态可以是束波长、偏振或束轮廓的量度。第二束分析器430
′
可以与束分析器430相同。备选地，第二束分析器430
′
可以被配置为执行束分析器430的至少所有功能，诸如确定台422的位置，以及将台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，参考对准台422，可以精确地知晓对准标记或目标418的对称中心的位置，并且因此知晓衬底420的位置。第二束分析器430还可以被配置为确定对准设备400或任何其它参考元件的位置，使得可以参考对准设备400或任何其它参考元件，来知晓对准标记或目标418的对称中心。第二束分析器430
′
还可以被配置为确定两个图案之间的重叠数据以及衬底420的产品叠层轮廓的模型。第二束分析器430
′
还可以被配置为在一次测量中测量目标418的重叠、临界尺寸和焦距。
106.在一个实施例中，根据其它实施例，第二束分析器430
′
可以直接被集成到对准设备400中，或者可以经由几种类型的光纤连接：保偏单模、多模或成像。备选地，第二束分析器430
′
和束分析器430可以被组合以形成单个分析器(未示出)，该单个分析器被配置为接收和确定衍射辐射子束429和439的光学状态。
107.在一个实施例中，处理器432从检测器428和束分析器430接收信息。例如，处理器432可以是重叠计算处理器。该信息可以包括由束分析器430构建的产品叠层轮廓的模型。备选地，处理器432可以使用所接收的关于产品标记的信息来构建产品标记轮廓的模型。在任一情况下，处理器432使用或结合产品标记轮廓的模型来构建叠层的产品和重叠标记轮廓的模型。然后，叠层模型被用于确定重叠偏移，并且使光谱对重叠偏移测量的影响最小化。处理器432可以基于从检测器428和束分析器430接收的信息来产生基本校正算法，包括但不限于照射束、对准信号的光学状态、相关联的位置估计，以及光瞳、图像和其它平面中的光学状态。光瞳面是这样的平面，在该平面中，辐射的径向位置定义了入射角，而角位置定义了辐射的方位角。处理器432可以参考晶片标记和/或对准标记418，利用基本校正算法来表征对准设备400。
108.在一个实施例中，处理器432还可以被配置为基于从检测器428和束分析器430接收的信息，针对每个标记确定相对于传感器估计的印制图案位置偏移误差。该信息包括但不限于衬底420上的每个对准标记或目标418的产品叠层轮廓、对重叠、临界尺寸和焦距的测量。处理器432可以利用聚类算法将标记分组为相似恒定偏移误差的集合，并且基于该信息产生对准误差偏移校正表。聚类算法可以基于与每组偏移误差相关联的重叠测量、位置估计和附加的光学叠层过程信息。为多个不同标记计算重叠，例如，在已编程的重叠偏移周围具有正和负偏差的重叠目标。测量最小重叠的目标被作为参考(因为它以最佳精度进行测量)。根据该测得的小重叠以及其对应目标的已知编程重叠，可以推导出重叠误差。表1示出了如何执行该操作。在所示的示例中，最小测量重叠为
‑
1nm。但是，这关于编程重叠为
‑
30nm的目标。因此，该过程必须引入29nm的重叠误差。
[0109][0110]
可以将最小值作为参考点，相对于此，可以计算测量重叠与由于编程重叠而预期的重叠之间的偏移。该偏移针对每个标记或具有相似偏移的标记集，来确定重叠误差。因此，在表1的示例中，在编程重叠为30nm的目标位置，最小测量重叠为
‑
1nm。将其它目标处的预期重叠与测量重叠之间的差异与该参考进行比较。还可以在不同照射设置下根据标记和目标418获取诸如表1等表，可以确定并且选择导致最小重叠误差的照射设置及其对应校准因子。此后，处理器432可以将标记分组为相似的重叠误差的集合。用于标记分组的准则可以基于不同的过程控制来调整，例如针对不同过程的不同误差容限。
[0111]
在一个实施例中，处理器432可以确认组的所有或大多数成员具有相似的偏移误差，并且基于其附加光学叠层量测，将来自聚类算法的个体偏移校正应用于每个标记。处理器432可以确定每个标记的校正，并且将校正反馈给光刻设备100或100
′
，以校正重叠中的误差，例如，通过将校正馈送到对准设备400中。
[0112]
使用形状双折射的示例性对准系统
[0113]
即使当光刻系统在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，所述光刻系统也需要增加不同光刻水平之间的准确对准，从而接收越来越小的对准标记或目标。对准标记通常可以被放置在划道中，即芯片或管芯之间的区域(产品区域)，随后在封装之前的管芯锯切时将其丢弃。对于给定的过程监控区域，较小的大小也允许较多的对准标记分布在各个部位处，以改善跨越整个所述晶片的对准和/或重叠均一性。替代地，对于具有大面积的管芯，较小的对准标记可以被放置在管芯内以改善跨越产品芯片的对准。
[0114]
如先前所描述的，衍射光栅可以被用作对准标记。并且对准系统的操作可以基于由干涉仪或图像传感器所测量的两个对称的高阶衍射(例如，m＝+1和m＝
‑
1、m＝+2和m＝
‑
2)之间的相位偏移。
[0115]
图5a和图5b示出了根据实施例的相应的俯视图和截面图。例如,图5a和图5b示出了形成在衬底520上的衍射光栅518的俯视图和截面图，所述衍射光栅518可以包括单个间距或周期“λ”以及光栅线宽度“d”。高衍射阶的效率可以由衍射光栅518的参数来确定，诸如所述光栅结构的廓形(例如，图5b中的矩形形状)、薄膜叠层厚度“t”、占空比“f”等。占空比“f”可以被限定为光栅宽度d与间距λ的比率，即f＝d/λ。
[0116]
在一个示例中，衍射光栅518的光谱性质(例如，衍射角)可以由光栅方程式来描述。例如，在具有波长λ或波矢量k＝2π/λ的正入射即法向入射时、第m阶的衍射角θ
m
可以由以下方程式来预测：
[0117]
λsin(θ
m
)＝mλ(正入射)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0118]
衍射效率可以使用严格矢量波建模或各种其它方法来预测，以求解完全描述了当光传播时的电磁场的麦克斯韦方程式。
[0119]
在一个示例中，衍射效率对于一阶衍射是较低的并且对于较高阶降低。例如，所述一阶可以低至输入功率的0.1％。在一个示例中，虽然零阶衍射由多数光功率组成，但是所述零阶衍射可能不携载基于干涉的系统中的对准信息，并且所述零阶衍射作为背景噪声被阻挡或滤除。在一个示例中，将若干个光栅周期适配或拟合入一个小尺寸目标的需要，或者半导体晶片厂对于在代表产品大小特征的间距上对准的期望，需要使用具有高数值孔径(na)(优选地至少0.9并且更优选至少0.95)的光学模块和物镜。浸没系统可以提供大于1的na，但也会带来高成本、大尺寸和管理流体的复杂性。
[0120]
在一个示例中，基于干涉的对准方案还对过程变化引发的对准标记不对称性敏感。由于所述光栅的结构的改变(例如，侧壁和顶部斜面)，相位变化可以与模型预测的相位偏移一样大并且产生对准位置误差(ape)。可以在标题为“alignment sensor apparatus for process sensitivity compensation”的美国专利申请62/662,976中找到对准位置误差校正的细节，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
[0121]
可以在具有各向异性折射率的某一块体材料中观察到双折射，这取决于光的偏振和传播方向。具有双折射的材料可以被用于波片，其中光束的两个正交偏振分量(例如，横向电场(te)偏振和横向磁场(tm)偏振)经历相位偏移并且所述光束的总偏振可以在出射处被改变。
[0122]
在一些实施例中,衍射光栅518可以具有比入射光的波长λ更小的间距λ(所谓的“子波长光栅”)，从而起到具有形状双折射性质的人造各向异性材料的作用。当光栅间距λ远小于波长λ时，由于所述光栅结构的几何各向异性，则两个正交偏振束542/544(一个平行于光栅凹槽(例如，te偏振542)并且另一个垂直于光栅凹槽(例如，tm偏振544))遭遇不同的有效折射率并且因此获得相位差。在一个示例中，所述形状双折射效应的量值(例如，相位差)取决于所述光栅结构(例如，占空比f)和入射角。
[0123]
此外，当光栅间距λ小于波长λ时，仅零衍射阶被允许在任一相当长的距离上传播。来自子波长光栅518的零衍射阶能够以垂直于衬底520的法向角被测量。通过测量两个正交偏振束542/544之间的相位差，可以使用求解麦克斯韦方程式的严格耦合波分析(pcwa)建模或其它方法来提取子波长光栅518的物理参数(例如，占空比f)。
[0124]
图6图示了根据示例性实施例的对准系统650的示意性截面图。对准系统650可以被配置成使用所述对准标记的形状双折射性质来测量对准标记的部位。对准系统650可以被构建为光刻设备100或100’的一部分，或可以被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。
[0125]
在一些实施例中，对准系统650可以包括照射系统652、以及第一光学系统和第二光学系统660/662。第一光学系统660包括物镜654和分束器664。第二光学系统662包括物镜656和658以及束分析器666。对准系统650也包括第一检测器668和第二检测器670、以及处理器672。
[0126]
在一些实施例中，照射系统652被配置成沿照射路径朝向分束器664传递照射束674。照射系统652类似于图4a和图4b中所描述的照射系统412。
[0127]
照射系统652可以被配置为提供具有一个或更多个通带的电磁窄带照射束674。在
一个示例中，一个或更多个通带可以在波长为大约500nm至大约900nm之间的光谱内。在一个示例中，一个或更多个通带可以在波长为大约10nm至大约500nm之间的光谱内。在另一示例中，一个或更多个通带可以是在波长为大约500nm至大约900nm之间的光谱内的离散的窄通带。在另一示例中，一个或更多个通带可以是在波长为大约10nm至大约500nm之间的光谱内的离散的窄通带。
[0128]
照射系统652还可以被配置为提供在长时间段内(例如，在照射系统652的寿命内)具有基本恒定的中心波长(cwl)值的一个或更多个通带。如上所述，在电流对准系统中，照射系统652的这种配置可以有助于防止实际cwl值与期望cwl值的偏移。因此，与当前对准设备相比，使用恒定cwl值可以提高对准系统(例如，对准系统650)的长期稳定性和准确性。
[0129]
在一些实施例中，照射系统652可以将宽带光源用于辐射源。例如，具有宽范围的光频率或光波长并且因此具有多种颜色的光源。在另一示例中，该辐射源可以给出大的集光率(即，光的扩展度，例如，光源的面积(a)与系统的入射光瞳从光源看所对的立体角(ω)的乘积)。这允许多个波长的混合。
[0130]
在一些实施例中，照射束674可以包括宽带中的多个波长。例如，具有δλ的带宽和至少2δλ的间隔(即，带宽的两倍)。
[0131]
在一些实施例中，照射系统652可以包括若干个辐射“源”，该辐射“源”用于已使用光纤束被分开的扩展辐射源的不同部分。以这种方式，可以在多个波长处并行测量角度分辨散射光谱。例如，可以测量三维光谱(波长和两个不同的角度)，三维光谱包含比二维光谱更多的信息。这允许测量更多信息，从而增加了量测过程的稳健性。这在ep 1628164a2中有更详细的描述，其全部内容通过引用并入本文。
[0132]
在一些实施例中，照射束674可以具有第一偏振态，其中所述第一偏振态包括线性偏振、圆偏振或椭圆偏振。来自照射系统652的非偏振照射可以通过使用偏振器(诸如二向色性偏振器、晶体或线栅偏振器)而被改变为偏振束。照射束674的两个正交偏振方向可以被描述成p偏振(或h偏振)和s偏振(或v偏振)。例如，p偏振具有平行于入射平面的电场并且s偏振具有垂直于入射平面的电场。
[0133]
在一些实施例中，照射束674可以具有能够利用电机或电光部件加以调整以确定所述目标的完整mueller矩阵或椭圆对称表征的偏振态。
[0134]
在一些实施例中，第一光学系统660被配置成朝向对准标记或目标678引导具有所述第一偏振态的照射束674，并且将具有第二偏振态的衍射束676从对准目标678引导至第二光学系统662。
[0135]
在图6中示出的示例中，分束器664可以被配置成接收照射束674并且朝向被放置在平台682上的衬底680的对准目标678来引导照射束674通过物镜654。分束器664也可以被配置成接收衍射束676并且朝向束分析器666引导衍射束676。在一些实施例中，分束器664可以是由透射型立方体形成的斑反射镜，其中反射型金属层被设置在所述立方体的中心。
[0136]
应注意，即使分束器664被示出为朝向对准目标678反射照射束674并且朝向束分析器666透射衍射束676，本公开仍不是限制性的。对于相关领域技术人员将会显而易见的是，其它光学布置可以被用于获得类似的结果。
[0137]
在一些实施例中，平台682可以是能沿以对准轴线686为中心的扫描方向684移动的。照射束674可以被引导到对准目标678的特定部位上。
[0138]
在半导体制造过程期间，晶片可以在主光刻透镜下方移动。在这种曝光透镜的情况下如何准确地定位所述晶片直接地决定了半导体产品的品质。因此，对准标记被放置在从第一光刻水平开始的晶片上以确保晶片位置的精度。
[0139]
在一些实施例中，对准目标678可以是使用前一水平光刻掩模(在图6中未示出)、通过图案转印而形成于衬底680上的结构。用于形成对准目标678的材料和薄膜叠层可以取决于对准目标678在前一水平光刻掩模上的布局以及衬底680所经历的过程。在一些实施例中，对准目标678可以由辐射敏感膜(例如，光致抗蚀剂)制成或涂覆有所述辐射敏感膜。对准目标678的设计要求(例如，形状和大小)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678可以是具有大约50％的典型占空比的一维光栅。在一些实施例中，对准目标678可以是二维阵列或光栅。在一些实施例中，对准目标678可以是具有形状双折射现象的子波长光栅。在本公开中，子波长光栅被设计用于对准目标678。
[0140]
在一些实施例中，物镜654将照射束674聚焦到对准目标678上并且收集从对准目标678反射的衍射束676。本领域技术人员知晓，其它聚焦光学系统也可以被用于提供类似的功能。
[0141]
在一些实施例中，来自对准目标678的子波长光栅的衍射束676包括零衍射阶。在这个示例中，对准系统650可以设置有朝向对准目标678的正入射角。在来自零衍射阶的高强度光的情况下，对于物镜654的数值孔径(na)的要求可以被放松。具有0.1至0.3的典型的光学透镜可以足以收集足够的光用于后续的光学分析。
[0142]
在一些实施例中，衍射束676包括与照射束674的第一偏振态不同的所述第二偏振态。由于具有子波长光栅的对准目标678的形状双折射性质，照射束674的te偏振分量542和tm偏振分量544经历相位差，从而导致衍射束676中的总体偏振态的改变。虽然衍射束676也可以包括p偏振(或h偏振)和s偏振(或v偏振)，但是由于在对准目标678处经历的相位差，p偏振和s偏振的强度可以不同于照射束674的相应的一个偏振。在对准目标678处te偏振542和tm偏振544所经历的相位差的量值可以与衍射束676中的p偏振和s偏振的相对于入射处的照射束674的相对强度改变相对应。
[0143]
在一些实施例中，第二光学系统662被配置成将衍射束676拆分成第一子束690和第二子束692。并且束分析器666被配置成分析衍射束676的各种性质，例如，强度、束形状或偏振。在一些实施例中，束分析器666可以是偏振分束器，所述偏振分束器被配置成将衍射束676分离成沿“x”方向传播的第一子束690和沿“z”方向传播的第二子束692。偏振分束器666可以被配置成反射s偏振束并且透射p偏振束。在图6的示例性配置中，第一子束690可以是s偏振(或v偏振)的，并且第二子束692是p偏振(或h偏振)的。
[0144]
在一些实施例中，束分析器666可以具有能够利用电机或电光部件加以调整以确定所述目标的完整mueller矩阵或椭圆对称表征的偏振态。
[0145]
在一些实施例中，物镜656和658可以被配置成将第一子束690和第二子束692分别聚焦到第一检测器668和第二检测器670上。所述第一检测器668和第二检测器670可以被配置成测量第一子束690和第二子束692的光强度。
[0146]
在一个示例中，照射束674可以是线性p偏振的(也被称为沿“h”方向偏振)。在这个示例中，在第一检测器668处测量的具有s偏振的第一子束690的光强度可以被标注为i(v,h)。类似地，在第二检测器670处测量的具有p偏振的第二子束692的光强度可以被标注为i
(h,h)。
[0147]
在一个示例中，处理器672从第一检测器668和第二检测器670接收所测量的光强度值并且计算y投影偏振度作为品质因数以表征来自对准目标678的形状双折射的量值。在一个示例中，当照射束674是p偏振(或h偏振)的时，所述y投影偏振度可以被定义为ydop，其中
[0148][0149]
在方程式(2)中，y投影偏振度ydop被选择作为i(v,h)和i(h,h)的范围介于
‑
1至+1之间的归一化函数。
[0150]
当y投影偏振度ydop＝
‑
1时，对准目标不显示形状双折射效应并且在te偏振分量542和tm偏振分量544之间没有相位偏移。
[0151]
当y投影偏振度ydop＝+1时，te偏振分量542和tm偏振分量544之间的相位差是180
°
，并且h偏振照射束674可以被完全地改变成仅具有v偏振第一子束690的衍射束。
[0152]
在一些实施例中，所述y投影偏振度ydop还可以由一些其它公式或方程式来限定，以追踪i(v,h)和i(h,h)的关系，或换句话说，由对准目标678的形状双折射所引发的te偏振分量542和tm偏振分量544之间的相位差。
[0153]
在一些实施例中，照射束674可以沿s方向或“v方向”线性地偏振。因此，所述y投影偏振度ydop可以被定义为
[0154][0155]
在一些实施例中，照射束674也可以被圆形或椭圆地偏振。在这个示例中，第一和第二子束的强度可以被测量为时间函数，或被测量为某一时间段上的平均值。
[0156]
可以由数值模拟方法(诸如严格耦合波分析(rcwa))来建模对准目标678的衍射性质。使用rcwa，ydop可以被计算为对准目标678的子波长光栅的物理参数(例如，占空比f)的函数。
[0157]
从第一子束690和第二子束692所测量的ydop可以与所计算的ydop进行比较以确定对准目标678的相对应的物理参数(例如，占空比f)。当光栅的具有相对应的物理参数的部位被已知位于对准目标678上时，可以由此实现实施所述部位的精确对准。
[0158]
在一些实施例中，不需要数值建模来将y投影偏振度映射到光栅坐标上，而是ydop信号中的不同特征(诸如阈值或峰值)可以用作参考位置。
[0159]
在图6中，对准系统650示出了使用自由空间光学器件的设计的示例。在一些实施例中，第一光学系统660和第二光学系统662可以一起被整体地集成到光子电路上并且耦合至衬底680上的所述对准目标678。
[0160]
在一些实施例中，第一检测器668和第二检测器670也可以被整体地集成至对准系统650中的集成光子封装件中的滤波器和束成形光学器件。例如，在硅衬底上，第一光学系统660和第二光学系统662可以使用硅光子器件的光学元件来实现类似的功能。类似地，第一检测器668和第二检测器670可以是被集成到所述硅衬底上的锗光电检测器。在一些实施例中，对准系统650中的光学元件之间的光学链路也可以使用光纤光学器件来代替在自由空间中传播，如图6中示出的。
[0161]
图7a图示出根据实施例的示例性对准目标的俯视图。例如，对准目标678可以被设计用于具有根据一些实施例的对准系统650的实现方式。
[0162]
图7b图示出根据实施例的示例性对准目标的截面图。例如，在图7a中对准目标678的截面被示出为沿aa’方向。在这个示例中，对准目标678包括具有单个间距“λ”以及两个或更多个占空比f的多个衍射光栅，其中占空比f＝d/λ。对于给定的间距λ，增加所述光栅的线宽“d”会增大占空比f。作为在图7a中示出的示例，对准目标678包括具有沿方向x’的增加的占空比的多个光栅，其中方向x’与对准系统650的扫描方向684形成角度α。角度α可以是0
°
至90
°
之间的任一值。为了示图方便，在本公开中，角度α被设定为45
°
。具有相同的占空比的所述衍射光栅的尺寸确定了所述对准的分辨率，并且可以被限制为比照射束674的光斑大小更小。
[0163]
在一些实施例中，入射光(例如，照射束674)可以沿x方向被线性偏振(例如，被p偏振)。偏振方向可以被分解为垂直于或平行于光栅线方向的两个正交偏振分量。例如，图7a图示了具有tm偏振544和te偏振542的两个正交偏振分量的p偏振照射束674的偏振方向。当光栅678的间距λ小于所述照射束的波长λ时，te偏振分量542和tm偏振分量544由于形状双折射效应而经历不同的相位变化，从而导致衍射束676的总偏振方向的转动。总偏振的改变的量值可以通过测量第一子束690和第二子束692的光强度来分析。
[0164]
图8图示了根据一些实施例的作为图7a和图7b中示出的对准目标678的占空比f的函数的所模拟的y投影偏振度ydop。在入射处照射束674的波长λ可以是例如630nm。绘图线对应于100nm、200nm或300nm的间距λ。沿每个函数的箭头，ydop与占空比之间的关系可以是单调的，并且ydop对占空比的依赖性可以是非常敏感的。
[0165]
设计具有在相对应范围内的占空比的对准目标678可以提供敏感的对准信息。例如，所测量的ydop可以被投影到图8中的绘图线上并且可以针对已知间距来确定相对应的占空比。根据对准目标678上的相对应的占空比的实体部位，对准系统650的对准位置可以相对于对准轴线421而被调整。
[0166]
图9图示了根据一些实施例的对准目标678的另一示例的模拟结果。例如，对准目标678可以被设计为具有多个子波长光栅，所述多个子波长光栅对于630nm波长的照射束674具有周期λ＝200nm。在一个示例中，所述子波长光栅具有单个间距，并且占空比从35％增加至65％然后降低至35％。在一个示例中，所述对准目标的占空比是光栅位置的函数(在图9中被示出为实线)。
[0167]
在一个示例中，使用rcwa方法来模拟所述对准目标678的衍射性质。在这个示例中，使用如上文所描述的固定周期和变化的占空比。对于斑直径为3μm的tophap形状的照射束、以及斑大小远小于光栅宽度的点照射，所模拟的y投影偏振度(ydop)在图9中分别被描绘为点线和虚线。一旦从对准系统650中的这个对准目标测量了ydop，所测量的ydop就可以在图9中被投影以提取所述对准目标上的相对应的光栅位置。当更多的层被印制到标记层的顶部上时，所述对准系统可以重复地测量这个标记并且确定这个峰值位置作为稳定参考。
[0168]
在图7至图9中，被设计用于对准目标678的子波长光栅的形状是矩形。在一些实施例中，所述子波长光栅可以具有带顶部斜面、底部斜面或侧壁角的不对称形状。rcwa模拟也可以示出，所述子波长光栅的形状不对称性不影响形状双折射的量值并且由此不影响所述
y投影偏振度。因此，基于子波长光栅的形状双折射的对准方案的可以提供可靠的对准方法，而不依赖于由于衬底680所经历的过程变化而导致的所述对准目标中的结构变化。所述子波长光栅的结构不限于上文中描述的形状。在一些实施例中，所述子波长光栅可以具有正弦形状或可以产生足够的形状双折射效应的任何其它形状。
[0169]
对准系统650可以被构建作为光刻设备100或100’的一部分。对准系统650还可以与其它对准系统一起使用以提供由于所述对准目标中的过程引发的不对称性而导致的校准或失效分析。
[0170]
示例性流程图
[0171]
图10图示了根据实施例的用于确定对准目标的部位的流程图1000。应理解，可能不需要图10中的所有步骤以执行在本文中提供的公开内容。另外，一些步骤可以被同时执行或以与图10中示出的不同的顺序来执行。流程图1000应关于图6来描述。然而，流程图1000不限于这些示例性实施例。
[0172]
在步骤1002中，如图6的示例中示出的，具有第一偏振态的照射束674沿照射路径朝向分束器664传播。分束器664可以朝向物镜654引导照射束674，所述物镜654将照射束674聚焦到衬底680上的对准目标678上。具有第二偏振态的衍射束676可以从对准目标678被反射并且由物镜654收集。分束器664可以将衍射束676透射至偏振分束器666。
[0173]
在步骤1004中，束分析器或偏振分束器666将衍射束676拆分成正交偏振分量(即，第一偏振子束690和第二偏振子束692)。偏振分束器666反射沿“x”方向的s偏振子束690且透射沿“z”方向的p偏振子束692。
[0174]
在步骤1006中，如图6中的示例示出的，可以在第一检测器668和第二检测器670处测量第一偏振子束690和第二偏振子束692的光强度。可以使用第一偏振子束690和第二偏振子束692的测量值来表征y投影偏振度。
[0175]
在步骤1008中，处理器672可以被用于将所测量的y投影偏振度与来自严格耦合波分析(rcwa)的所模拟的结果进行比较以确定对准目标678的物理参数。在一些实施例中，对准目标678包括具有单个间距和占空比变化的子波长光栅。在一个示例中，所述占空比可以遵循相对于所述光栅位置的线性函数。因此，根据所测量的y投影偏振度，可以从rcwa模拟来外推相对应的占空比并且由此可以根据具有相对应占空比的光栅的实体位置来确定所述对准目标的部位。在一些实施例中，可以在不需要电磁模拟的情况下实施简单的曲线拟合例程。
[0176]
还可以使用以下方面来描述所述实施例：
[0177]
1.一种方法，包括：
[0178]
引导具有第一偏振态的照射束以形成来自对准目标的、具有第二偏振态的衍射束；
[0179]
将所述衍射束拆分成第一偏振子束和第二偏振子束；
[0180]
测量所述第一偏振子束和第二偏振子束的偏振态；以及
[0181]
根据所测量的偏振态来确定所述对准目标的部位。
[0182]
2.根据方面1所述的方法，其中：
[0183]
所述对准目标包括具有单个间距以及两个或更多个占空比的多个衍射光栅周期；
[0184]
所述间距小于所述照射束的波长；并且
[0185]
所述对准目标的部位对应于所述衍射光栅的占空比。
[0186]
3.根据方面2所述的方法，其中所述衍射光栅包括矩形形状。
[0187]
4.根据方面2所述的方法，其中所述衍射光栅包括具有顶部斜面、底部斜面或侧壁角的不对称形状。
[0188]
5.根据方面2所述的方法，其中所述衍射光栅包括正弦形状。
[0189]
6.根据方面2所述的方法，其中：
[0190]
所述照射束是线性偏振的；并且
[0191]
所述照射束的电场相对于光栅线形成介于0度与90度之间的角度。
[0192]
7.根据方面1所述的方法，其中所述照射束是圆偏振的或是椭圆偏振的。
[0193]
8.一种系统，包括：
[0194]
第一光学系统和第二光学系统，其中：
[0195]
所述第一光学系统被配置成朝向对准目标引导具有第一偏振态的照射束并且将具有第二偏振态的衍射束从所述对准目标引导至所述第二光学系统；并且
[0196]
所述第二光学系统被配置成将所述衍射束拆分成第一偏振子束和第二偏振子束；
[0197]
第一检测器和第二检测器，所述第一检测器和第二检测器被配置成测量来自所述第一偏振子束和第二偏振子束的偏振态；以及
[0198]
处理器，所述处理器被配置成根据所测量的偏振态来确定所述对准目标的部位。
[0199]
9.根据方面8所述的系统，其中所述第一光学系统和第二光学系统一起被整体地集成到光子电路上并且被耦合至所述衬底上的所述对准目标。
[0200]
10.根据方面9所述的系统，其中：
[0201]
所述衬底包括硅；并且
[0202]
所述第一光学系统和第二光学系统包括硅光子。
[0203]
11.根据方面8所述的系统，其中所述第一检测器和第二检测器被整体地集成至位于集成光子封装件中的滤波器和束成形光学器件。
[0204]
12.根据方面8所述的系统，还包括用于所述第一光学系统和第二光学系统的使用光纤光学器件的光学链路。
[0205]
13.根据方面8所述的系统，其中所述对准目标包括具有单个间距以及两个或更多个占空比的多个衍射光栅，所述间距小于所述照射束的波长。
[0206]
14.根据方面13所述的系统，其中所述衍射光栅包括矩形形状。
[0207]
15.根据方面13所述的对准系统，其中所述衍射光栅包括具有顶部斜面、底部斜面或侧壁角的不对称形状。
[0208]
16.根据方面13所述的对准系统，其中所述衍射光栅包括正弦形状。
[0209]
尽管在本文中可以在ic的制造中具体参考使用光刻设备，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成光学系统、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，在这种备选应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在本文中的任何使用分别被认为是更通用的术语“衬底”或“目标部分”的同义词。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后进行加工，例如在涂覆显影装置单元(通常在衬底上施加一层抗蚀剂并且显影被曝光的抗蚀剂的工具)、量测单元、和/或检查单元中。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这种和其它衬底处理工具。此外，
例如可以为了制造多层ic而对衬底进行不止一次的处理，因此本文中使用的术语“衬底”也可以是指已包含多个经处理的层的衬底。
[0210]
尽管上面在光学光刻的上下文中已具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明可以在其它应用中使用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下不仅限于光学光刻。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。可以将图案形成装置的形貌压入提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。
[0211]
应当理解，本文中的措词或术语是出于描述而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由相关领域的技术人员根据本文中的教导进行解释。
[0212]
如本文中使用的，术语“衬底”描述了在其上添加有材料层的材料。在一些实施例中，衬底本身可以被图案化，并且添加在衬底上的材料也可以被图案化，或者可以不被图案化而保留。
[0213]
本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或更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)可读的形式用于存储或透射信息的任何机制。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；光学存储介质；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/或指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应当理解，这种描述仅仅是为了方便，并且这种动作实际上是由执行固件、软件、例程和/或指令的计算设备、处理器、控制器或其它设备引起的。
[0214]
以下示例是本公开的实施例的说明性但非限制性的。对本领域中通常遇到的并且对相关领域的技术人员来说是很清楚的各种条件和参数的其它合适的修改和适应在本公开的精神和范围内。
[0215]
尽管在本文中可以具体参考根据本发明的装置和/或系统在集成电路制造中的使用，但是应当明确地理解，这种装置和/或系统具有很多其它可能的应用。例如，它可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器、lcd面板、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将意识到，在这种备选应用的背景下，本文中对“模版”、“晶片”或“芯片”的任何使用均应当被视为分别由更通用的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”代替。
[0216]
尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以不同于所描述的方式来实践。说明书并不旨在限制本发明。
[0217]
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”部分和“摘要”部分可以阐述发明人所设想的本发明的一个或更多个但不是全部示例性实施例，因此，并不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
[0218]
上面已经借助于功能构建块描述了本发明，功能构建块示出特定功能及其关系的实现。为了方便描述，本文中已经任意定义了这些功能构建块的边界。只要适当执行指定的功能及其关系，就可以定义其它边界。
[0219]
对特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般特性，以至于其它人可以在不背离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域技术人员的知识，而容易地修改这种特定实施例和/或使其适应于各种应用，而无需过度的实验。因此，基于本文中给出的教
导和指导，这种适应和修改旨在在所公开的实施例的等同形式的含义和范围内。
[0220]
本发明的广度和范围不应当受到任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同形式来限定。