使用锁定放大器技术的重叠测量系统的制作方法

使用锁定放大器技术的重叠测量系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年12月5日提交的美国临时专利申请号62/943,876的优先权，该美国临时专利申请通过引用被整体并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及例如用于光刻设备和系统的检测设备和系统。


背景技术：

4.光刻设备是被构造为将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(ic)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如掩模、掩模板)的图案投影到被设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
5.为了在衬底上投影图案，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4至20nm范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成较小特征。
6.为了控制光刻工艺以将器件特征精确地放置在衬底上，通常在例如衬底上提供一个或多个衍射目标(例如，对准标记)，并且光刻设备包括一个或多个重叠和/或对准传感器，通过该一个或多个重叠和/或对准传感器可以利用衍射目标精确地测量重叠和/或对准误差。然而，重叠和/或对准传感器中的传输功率损耗可以导致具有低信噪比(snr)的弱检测信号(例如，重叠，对准等)。
7.锁定放大器可以提供对弱信号或噪声信号的灵敏检测和选择性滤波，并且可以改善snr。锁定放大器技术可以在重叠和/或对准传感器中提供改进的精度、更快的检测时间和降低的噪声。此外，例如在单个“片上”传感器中的紧凑集成系统可以提供用于测量衬底上的对准标记的特定特性(例如，重叠，对准等)的小型化传感器。


技术实现要素：

8.因此，需要经由锁定放大器技术在重叠和/或对准传感器中提供改进的精度、更快的检测时间和降低的噪声，以更好地估计和补偿重叠和/或对准误差，并且提供能够测量重叠和/或对准误差的紧凑传感器。
9.在一些实施例中，检测系统包括照射系统、第一光学系统、相位调制器、锁定检测器和函数发生器。该照射系统被配置为沿着照射路径传输照射束。第一光学系统被配置为朝向衬底上的衍射目标传输照射束。第一光学系统还被配置为传输信号束，该信号束包括由衍射目标衍射的衍射级子束。相位调制器被配置为基于参考信号来调制照射束或信号束。锁定检测器被配置为收集信号束并且基于信号束和参考信号来测量衍射目标的特性。函数发生器被配置为生成用于相位调制器和锁定检测器的参考信号。
10.在一些实施例中，照射束包括基于相位调制器和来自函数发生器的参考信号的经
相位调制的照射束。在一些实施例中，照射束包括基于来自函数发生器的参考信号中的第一参考信号的第一经相位调制的照射束以及基于来自函数发生器的参考信号中的第二参考信号的第二经相位调制的照射束。
11.在一些实施例中，相位调制器被配置为对朝向锁定检测器的信号束的第一衍射级子束进行调制。在一些实施例中，信号束包括基于相位调制器和来自函数发生器的参考信号的经相位调制的信号束。在一些实施例中，参考信号包括来自照射系统的参考照射束。
12.在一些实施例中，第一光学系统包括第一分束器，该第一分束器被配置为将信号束的第一衍射级子束朝向锁定检测器传输。在一些实施例中，参考信号包括信号束的第一衍射级子束。
13.在一些实施例中，照射系统、锁定检测器、相位调制器和函数发生器被集成在光学器件芯片中。在一些实施例中，锁定检测器包括用于每个像素的内置锁定放大器。
14.在一些实施例中，锁定检测器包括平衡差分检测器，该平衡差分检测器被配置为输出差分信号。在一些实施例中，平衡差分检测器包括绝热耦合器。
15.在一些实施例中，衍射目标的特性是重叠测量结果。
16.在一些实施例中，检测系统还包括解调器，该解调器被耦合到锁定检测器并且被配置为分离信号束的多个频率信号。
17.在一些实施例中，照射束包括相干轴上照射束。在一些实施例中，照射束包括第一相干离轴照射束和第二相干离轴照射束。
18.在一些实施例中，检测系统还包括可调谐滤波器，该可调谐滤波器被耦合到照射束并且被配置为提供多个不同照射束波长。
19.在一些实施例中，光刻设备包括照射系统、投影系统和检测系统。该照射系统被配置为照射图案形成装置。该投影系统被配置为将图案形成装置的图像投影到衬底上。该检测系统被配置为对衬底上的衍射目标的特性进行测量。该检测系统包括第二照射系统、第一光学系统、相位调制器、锁定检测器和函数发生器。该第二照射系统被配置为沿着照射路径传输照射束。该第一光学系统被配置为朝向衬底上的衍射目标传输照射束。该第一光学系统还被配置为传输信号束，该信号束包括由衍射目标衍射的衍射级子束。该相位调制器被配置为基于参考信号来调制照射束或信号束。该锁定检测器被配置为收集信号束并且基于信号束和参考信号来测量衍射目标的特性。该函数发生器被配置为生成用于相位调制器和锁定检测器的参考信号。
20.在一些实施例中，衍射目标的特性是重叠测量结果。在一些实施例中，衍射目标的特性是对准测量结果。
21.下面参考附图详细描述实施例的其它特征和示例性方面、以及各个实施例的结构和操作。应注意，实施例不限于本文中所描述的特定实施例。本文中所呈现的这些实施例仅用于说明的目的。基于本文中所包含的教导，额外的实施例对于相关领域的技术人员而言将是明显的。
附图说明
22.被并入本文中且形成说明书的部分的附图图示了实施例，并且与描述一起进一步用于解释本公开的原理且使相关领域的技术人员能够制造和使用这些实施例。
23.图1是根据示例性实施例的光刻设备的示意图。
24.图2是根据示例性实施例的轴上检测系统的示意图。
25.图3是根据示例性实施例的轴上检测系统的示意图。
26.图4是根据示例性实施例的片上轴上检测系统的示意图。
27.图5是根据示例性实施例的平衡差分检测器的示意图。
28.图6是根据示例性实施例的离轴检测系统的示意图。
29.图7是根据示例性实施例的片上离轴检测系统的示意图。
30.图8是根据示例性实施例的解调器的示意图。
31.图9是根据示例性实施例的解调信号的示意图。
32.图10是根据示例性实施例的轴上检测系统的示意图。
33.图11是根据示例性实施例的离轴检测系统的示意图。
34.从以下结合附图所阐述的详细描述中，实施例的特征和示例性方面将变得更加明显，在附图中相似的附图标记始终标识对应的元件。在附图中，相似的附图标记通常表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。另外，通常，附图标记中的最左边的(多个)数字标识附图标记首次出现的附图。除非另有说明，在整个公开中所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
35.本说明书公开了包含本发明的特征的一个或多个实施例。(多个)所公开的实施例仅例示本发明。本发明的范围不限于(多个)所公开的实施例。本发明由所附权利要求限定。
36.所描述的(多个)实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用表明所描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括特定特征、结构或特性。此外，这样的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特征、结构或特性时，应当理解，结合其他实施例影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，无论该其他实施例是否明确描述。
37.诸如“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上面”、“上”等空间相关术语在本文中可以用于描述方便以描述一个元素或特征的与图中所示的另一(多个)元素或(多个)特征的关系。除了图中所描绘的取向，空间相对术语旨在涵盖设备在使用或操作中的不同取向。该设备可以以其他方式来取向(旋转90度或以其他取向)并且本文中所使用的空间相对描述词同样可以被相应地解释。
38.如本文中所使用的术语“约”、“基本上”或“大约”表示可以基于特定技术而变化的给定量的值。基于特定技术，术语“约”、“基本上”或“大约”可以表示在值的例如1至15％(例如，该值的
±
1％、
±
2％、
±
5％、
±
10％或
±
15％)内变化的给定量的值。
39.本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或它们的任何组合来实现。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/或指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然
而，应当理解，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程、指令等而产生的。
40.然而，在更详细地描述这些实施例之前，呈现可以在其中实现本公开的实施例的示例环境是有益的。
41.示例性光刻系统
42.图1示出了包括辐射源so和光刻设备la的光刻系统。辐射源so被配置为生成euv辐射束b并且将euv辐射束b提供给光刻设备la。光刻设备la包括照射系统il、被配置为支撑图案化装置ma(例如，掩模)的支撑结构mt、投影系统ps以及被配置为支撑衬底w的衬底台wt。
43.照射系统il被配置为在euv辐射束b入射到图案化装置ma上之前调节euv辐射束b。此外，照射系统il可以包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起提供具有期望截面形状和期望强度分布的euv辐射束b。除了或替代琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11，照射系统il可以包括其他反射镜或装置。
44.在被如此调节之后，euv辐射束b与图案化装置ma相互作用。由于这种相互作用，生成了图案化euv辐射束b’。投影系统ps被配置为将图案化euv辐射束b’投影到衬底w上。为此，投影系统ps可以包括被配置为将图案化euv辐射束b’投影到由衬底台wt保持的衬底w上的多个反射镜13、14。投影系统ps可以对图案化euv辐射束b’应用缩减因子，从而形成具有比图案化装置ma上的对应特征小的特征的图像。例如，可以应用4或8的缩减因子。尽管投影系统ps在图1中被示出为仅具有两个反射镜13、14，但是投影系统ps可以包括不同数目的反射镜(例如，六个或八个反射镜)。
45.衬底w可以包括预先形成的图案。在这种情况下，光刻设备la将由图案化euv辐射束b’形成的图像与先前形成在衬底w上的图案进行对准。
46.可以在辐射源so、照射系统il和/或投影系统ps中提供相对真空，即，压力远低于大气压的少量气体(例如，氢气)。
47.辐射源so可以是激光产生的等离子体(lpp)源、放电产生的等离子体(dpp)源、自由电子激光器(fel)、或能够生成euv辐射的任何其他辐射源。
48.示例性检测系统
49.如以上所讨论的，为了控制光刻工艺以将装置特征精确地放置在衬底上，通常在(例如)衬底上提供一个或多个衍射目标(例如，对准标记)，并且光刻设备可以包括一个或多个重叠传感器，通过该重叠传感器可以利用衍射目标(例如，基于微衍射的重叠(μdbo))来准确地测量基于每个晶片上的变化的堆叠厚度、材料和/或工艺(例如，工艺变化)的重叠误差(例如，由于传感器之间的相互作用)、产品上重叠(opo)误差(例如，由于图案的复杂性和图案层的数量)和/或工艺上准确度(opa)误差。备选地或附加地，光刻设备可以包括一个或多个对准传感器，通过该对准传感器可以精确地测量衍射目标的位置并且可以减小对准失真(例如场内失真)。然而，重叠和/或对准传感器中的传输功率损耗(例如，50％到75％)可能导致具有低信噪比(snr)的弱检测信号(例如，重叠，对准等)。
50.锁定放大器使用被称为相敏检测的技术以特定的参考频率和相位分出信号的分量，并且可以从极度嘈杂的背景中提取信号。锁定放大器依赖于正弦函数的正交性，并且可以将输入信号乘以(多个)参考信号，并且在(多个)指定时间(例如，低通滤波器)上对所得
信号进行积分，以提取期望分量(例如，相位和幅度)。
51.锁定放大器可以使用零差检测或外差检测。零差检测使用单个参考频率(例如，第一频率f1)来提取经调制的信号。例如，零差检测通过将振荡信号与标准参考振荡(例如，如果它携带空信息，则与该信号相同)进行比较来从该信号(例如，相位和/或频率)提取编码信息。外差检测使用两个参考频率(例如，第一频率f1和第二频率f2)来提取经调制的信号。例如，外差检测通过以下从振荡信号(例如，相位和/或频率)中提取编码信息：将该信号与标准参考振荡(例如，如果它携带空信息，则与该信号相同)进行比较，以及将该信号与在第一频率和第二频率之间的拍频(例如，差)(例如，f
1-f2)进行比较。此外，通过对两个频率(例如，f1和f2)进行混频，可以测量比检测器响应时间更高的频率(例如，f
1-f2)，并且可以降低闪烁噪声(例如，1/f功率谱密度)。
52.锁定放大器技术可以提供改进的精度、更快的检测时间(例如，同时并行检测)，以及减少重叠和/或对准传感器中的噪声。例如，锁定放大器可以提供对弱信号或噪声信号的灵敏检测和选择性滤波(例如，可以从与噪声基底相同的电平中提取信号)。此外，锁定放大器技术可以改善snr(例如，高达60db)，执行相敏检测，针对多个波长执行频分多路复用(fdm)，并且提供基于图像(例如，相机)的感测。
53.另外，锁定放大器技术不需要复杂的光学器件，可以使用内置参考信号(例如，参考照射束)，并且可以避免扫描，这减少了测量时间(例如，70mhz调制速度)和组件之间的串扰。可以实现锁定相机或锁定电荷耦合器件(ccd)，以用于对被检测的图像的每个像素进行精确的相位估计和有效的相位恢复。此外，例如在单个“片上”传感器中的紧凑集成系统可以提供用于测量衬底上的对准标记的特定特性(例如，重叠，对准等)的小型化传感器。如下所讨论的检测设备和系统可以经由锁定放大器技术来提供改进的精度、更快的检测时间和降低的噪声，以更好地估计和补偿例如光刻设备中的重叠和/或对准误差。
54.示例性轴上检测系统
55.图2至图5示出了根据各种示例性实施例的检测系统200、200’和200”。在一些实施例中，如图2至图4所示，检测系统200、200’和200”可以是轴上检测系统。
56.图2图示了根据各种示例性实施例的检测系统200。检测系统200可以被配置为对衬底202上的衍射目标204的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量并且改进例如光刻设备la中的重叠和/或对准。虽然检测系统200在图2中被示为独立设备及/或系统，但本公开的实施例可以与其它光学系统(诸如(但不限于)光刻设备la和/或其它光学系统)一起使用。
57.检测系统200可以包括照射系统210、聚焦透镜216、第一分束器232、相位调制器220、函数发生器230、第一相位检测器240、第二相位检测器250和锁定检测器255。在一些实施例中，如图2所示，检测系统200可以是轴上(例如，照射束垂直于衍射目标)零差(例如，单个参考频率)检测系统。在一些实施例中，衬底202可以包括多个参考对准标记，例如，每个类似于衍射目标204。在一些实施例中，衬底202可以是光刻设备la中的衬底w。
58.照射系统210可以被配置为沿着照射路径朝向相位调制器220和/或第一分束器232传输照射束218。例如，如图2所示，照射束218可以被导向相位调制器220以产生被导向第一分束器232的经调制的照射束221(例如，以第一频率f1)。在一些实施例中，照射系统210可以是白光源(wls)。在一些实施例中，如图2所示，照射系统210可以包括可调谐滤波器
212，可调谐滤波器212被配置为提供多个不同的照射束波长。例如，可调谐滤波器212可以是棱镜、声光调制器(aom)、电光调制器(eom)、带通滤波器和/或能够进行波长选择的任何其它合适的光学滤波器。在一些实施例中，如图3所示，照射束218可以包括相干轴上照射束218。在一些实施例中，照射系统210可以包括用于具有大展度并允许混合多个波长的辐射源的宽带光源。
59.第一分束器232可以被配置为朝向衬底202上的衍射目标204传输照射束218或经调制的照射束221。第一分束器232可以与照射路径形成45
°
角，以将照射束218或经调制的照射束221导向聚焦透镜216和衍射目标204。另外，在一些实施例中，如图2和图3所示，第一分束器232可以被配置为传输由衍射目标204衍射的信号束(例如，第一衍射(0)级子束226，第二衍射(-1)级子束222，第三衍射(+1)级子束224)。例如，如图2所示，第一分束器232可以被配置为将照射束218或经调制的照射束221的第一部分(例如，50％)朝向衬底202反射，并且将信号束(例如，第一衍射(0)级子束226)的第二部分(例如，50％)分别朝向第二分束器234和第一反射镜236以及第二相位检测器250和第一相位检测器240传输。
60.在一些实施例中，如图2和图3所示，第一分束器232可以被配置为朝向第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或锁定检测器255传输信号束的第一衍射(0)级子束226。在一些实施例中，如图4所示，第一分束器232可以是不能透射的反射镜(例如，第二反射镜232”)并且被配置为阻挡第一衍射(0)级子束226。在一些实施例中，第一分束器232可以是偏振分束器(例如，p偏振，s偏振)，并且照射束218或经调制的照射束221可以被偏振(例如，横磁(tm)，横电(te))。
61.聚焦透镜216可以被配置为将照射束218或经调制的照射束221聚焦在衍射目标204上并且收集由衍射目标204衍射的信号束(例如，第一衍射(0)级子束226，第二衍射(-1)级子束222，第三衍射(+1)级子束224)。在一些实施例中，聚焦透镜216可以被定位在检测系统200的光瞳平面(例如，其中辐射的径向位置限定入射角并且角位置限定辐射的方位角的平面)处。在一些实施例中，衍射目标204可以是对准标记、1-d衍射光栅和/或2-d衍射光栅。
62.在衍射目标204上聚焦的照射束218或经调制的照射束221产生沿着信号路径具有衍射级子束(例如第一衍射(0)级子束226，第二衍射(-1)级子束222和/或第三衍射(+1)级子束224)的信号束。
63.相位调制器220可以被配置为基于来自函数发生器230的参考信号(例如，第一频率f1)来调制照射束218或信号束(例如，第二衍射(-1)级子束222和/或第三衍射(+1)级子束224)。相位调制器220可以包括但不限于机械调制器(例如斩波器)、声光调制器(aom)、电光调制器(eom)、液晶调制器(lcm)、数字微镜器件(dmd)、微机电体系(mems)、压电调制器、扫频激光源、可调谐激光源、幅度调制器、频率调制器和/或它们的任意组合。例如，如图2所示，照射束218可以被引导到相位调制器220(例如，斩波器)，相位调制器220调制照射束218(例如，频率调制)以利用来自函数发生器230的嵌入参考信号(例如，以第一频率f1)产生经调制的照射束221。
64.在一些实施例中，如图2所示，相位调制器220可以被配置为将第一衍射(0)级子束226、第二衍射(-1)级子束222和/或第三衍射(+1)级子束224朝向第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或锁定检测器255进行调制。例如，如图2所示，第一衍射(0)级子束226可以由相位调制器220分别经由第二分束器234和第一反射镜236朝向第一相位检测器240和
第二相位检测器250来调制。
65.在一些实施例中，相位调制器220可以包括多个相位调制器(例如，第一相位调制器260，第二相位调制器270等)。例如，如图3所示，第一相位调制器260可以利用来自函数发生器230的第一参考信号(例如，第一频率f1)调制第三衍射(+1)级子束224，以产生经调制的第三衍射(+1)级子束227(例如，以第一频率f1)，并且第二相位调制器270可以利用来自函数发生器230的第二参考信号(例如，第二频率f2)调制第二衍射(-1)级子束222，以产生经调制的第二衍射(-1)级子束225(例如，以第二频率f2)。
66.函数发生器230可以被配置为生成用于相位调制器220的参考信号(例如，第一频率f1)。函数发生器230可以生成在宽的频率范围上的各种电波形(例如，一个或多个参考信号)。函数发生器230可以被耦合(例如电耦合)到相位调制器220、第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或锁定检测器255。在一些实施例中，如图2所示，函数发生器230可以被配置为向相位调制器220、第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或锁定检测器255生成参考信号(例如，第一频率f1)。
67.函数发生器230可以将一个或多个参考信号(例如，第一频率f1)提供给相位调制器220、第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或用于锁定放大器技术的锁定检测器255。在一些实施例中，信号束(例如，第一衍射(0)级子束226，第二衍射(-1)级子束222和/或第三衍射(+1)级子束224)可以包括基于相位调制器220的经相位调制的信号束(例如，第一衍射(0)级子束226)和来自函数发生器230的参考信号(例如，第一频率f1)。在一些实施例中，如图2和图3所示，参考信号(例如，第一频率f1)可以包括信号束的第一衍射(0)级子束226。在一些实施例中，如图4所示，参考信号(例如，第一振幅a1和/或第一频率f1)可以包括来自照射系统210的参考照射束214。
68.第一相位检测器240可以被配置为检测第三衍射(+1)级子束224和/或第一衍射(0)级子束226。第一相位检测器240可以被耦合(例如电耦合)到函数发生器230和/或锁定检测器255。第一相位检测器240可以是任何光学检测器(例如ccd，相机，光电二极管，光电导体，光电晶体管，cmos，锁定ccd，锁定相机等)。
69.第二相位检测器250可以被配置为检测第二衍射(-1)级子束222及/或第一衍射(0)级子束226。第二相位检测器250可以被耦合(例如电耦合)到函数发生器230和/或锁定检测器255。第二相位检测器250可以是任何光学检测器(例如ccd，相机，光电二极管，光电导体，光电晶体管，cmos，锁定ccd，锁定相机等)。
70.如图2所示，检测系统200的光学设置的示例性方面是利用锁定放大器技术(例如，零差检测)的平衡检测。第一相位检测器240和第二相位检测器250接收第一衍射(0)级子束226。信号输入第三衍射(+1)级子束224和第二衍射(-1)级子束222分别可以被归一化(例如，背景减去第一衍射(0)级子束226的强度)以用于平衡检测。利用来自参考信号(例如，第一频率f1)的嵌入调制的第一衍射(0)级子束226可以用在锁定放大器技术(例如，零差检测)中，以改善第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224的精度和snr。
71.在一些实施例中，第一相位检测器240和第二相位检测器250可以被配置为：收集信号束(例如，第一衍射(0)级子束226，第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224)，并且基于信号束和来自函数发生器230的参考信号(例如，第一频率f1)来测量衍射目标204的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真
等)。例如，如图2所示，锁定放大器技术可以与来自函数发生器230的被嵌入在第一衍射(0)级子束226、第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224上的参考信号(例如第一频率f1)一起使用，并且可以测量第二衍射(-1)级子束222与第三衍射(+1)级子束224之间的差值(例如相移)。
72.在一些实施例中，第一相位检测器240和第二相位检测器250可以是相同的。在一些实施例中，第一相位检测器240和第二相位检测器250可以是单个检测器(例如，锁定检测器255)。在一些实施例中，第一相位检测器240和/或第二相位检测器250可以包括锁定放大器(例如，类似于锁定检测器255)。在一些实施例中，第一相位检测器240和/或第二相位检测器250可以包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。
73.锁定检测器255可以被配置为：收集信号束(例如，来自第一相位检测器240和第二相位检测器250)，并且基于信号束和来自函数发生器230的参考信号(例如，第一频率f1)来对衬底202上的衍射目标204的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量。锁定检测器255可以被耦合到函数发生器230、第一相位检测器240和第二相位检测器250。锁定检测器255可以接收来自第一相位检测器240的第一输入信号、来自第二相位检测器250的第二输入信号、以及来自函数发生器230的参考信号(例如，第一频率f1)，以便进行差分锁定放大器技术。例如，可以通过参考信号来提取第一输入信号与第二输入信号之间的差分(例如，差)信号(例如，零差检测)。
74.在一些实施例中，如图2所示，锁定检测器255可以在第一相位检测器240和第二相位检测器250的外部。在一些实施例中，第一相位检测器240和/或第二相位检测器250可以包括锁定检测器255(例如，可以嵌入锁定检测器255)。在一些实施例中，如图4所示，锁定检测器255可以包括平衡差分检测器290，该平衡差分检测器290被配置为输出差分(例如，差)信号。例如，如图5所示，平衡差分检测器290可以包括绝热耦合器(例如，固有的50％功率分割)。在一些实施例中，锁定检测器255可以包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。在一些实施例中，如图4所示，照射系统210、相位调制器220、函数发生器230、第一相位检测器240、第二相位检测器250和/或锁定检测器255可以被组合在集成光学器件芯片280中。
75.图3图示了根据示例性实施例的检测系统200’。图2中所示的检测系统200的实施例与图3中所示的检测系统200’的实施例可以类似。相似的附图标记用于表示图2中所示的检测系统200的实施例的相似特征以及图3中所示的检测系统200’的实施例的相似特征。图2中所示的检测系统200的实施例与图3中所示的检测系统200’的实施例之间的主要区别在于：检测系统200’包括第一相位调制器260和第二相位调制器270，第一相位调制器260和第二相位调制器270位于第一相位检测器240和第二相位检测器250附近，以分别对信号束的第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224进行调制，以形成经调制的第二衍射(-1)级子束225和经调制的第三衍射(+1)级子束227，而不是如图2所示的相位调制器220调制照射束218。
76.如图3所示，检测系统200’的光学设置的示例性方面是利用锁定放大器技术(例如外差检测)的平衡检测。第一相位检测器240和第二相位检测器250均接收(未经调制的)第一衍射(0)级子束226。第一相位调制器260和第二相位调制器270分别接收不同的参考信号
(例如，第一频率f1和第二频率f2)。信号输入经调制的第三衍射(+1)级子束227和经调制的第二衍射(-1)级子束225分别可以被归一化(例如，背景减去(未经调制的)第一衍射(0)级子束226强度)以用于平衡检测。利用来自第一参考信号(例如，第一频率f1)的嵌入调制的经调制的第三衍射(+1)级子束227和利用来自第二参考信号(例如，第二频率f2)的嵌入调制的经调制的第二衍射(-1)级子束225可以用在锁定放大器技术(例如，外差检测)中，以改善第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224的精度和snr。
77.此外，如图3所示，检测系统200’的另一示例性方面是锁定检测器255可以接收来自第一相位检测器240的第一输入信号、来自第二相位检测器250的第二输入信号、以及来自函数发生器230的两个参考信号(例如，第一频率f1和第二频率f2)，以便进行差分锁定放大器技术。例如，第一输入信号和第二输入信号之间的差分(例如差)信号可以由两个参考信号提取(例如外差检测)。
78.图4和图5图示了根据示例性实施例的检测系统200”。图2中所示的检测系统200的实施例与图4和图5中所示的检测系统200”的实施例可以类似。相似的附图标记用于表示图2中所示的检测系统200的实施例的相似特征以及图4和图5中所示的检测系统200”的实施例的相似特征。图2中所示的检测系统200的实施例与图4和图5中所示的检测系统200”的实施例之间的主要区别在于：(1)检测系统200”包括平衡差分检测器290，平衡差分检测器290从照射系统210接收参考照射束214，而不是图2中所示的第一相位检测器240和第二相位检测器250；(2)检测系统200”包括第二反射镜232”以阻挡第一衍射(0)级子束226，而不是图2所示的第一分束器232；以及(3)检测系统200”将检测系统200的组件中的全部(例如，照射系统210，第一分束器232，聚焦透镜216，相位调制器220，函数发生器230，第一相位检测器240，第二相位检测器250，锁定检测器255等)组合成集成光学器件芯片280。
79.如图4和图5所示，检测系统200”的光学设置的示例性方面是利用平衡差分检测器290的平衡检测。在一些实施例中，如图5所示，平衡差分检测器290可以包括绝热耦合器(例如，固有的50％功率分割)。如图5所示，平衡差分检测器290可以被配置为接收第一输入291a(例如，参考照射束214)和第二输入291b(例如，第二衍射(-1)级子束222，第三衍射(+1)级子束224)，第一输入291a和第二输入291b可以经由偏置292和接地296与输出信号294进行差分比较(例如，差)。此外，平衡差分检测器290(例如，绝热耦合器)的使用允许检测系统200”的进一步小型化。如图4所示，集成光学器件芯片280针对用于测量衍射目标204的特定特性(例如，重叠，对准等)的紧凑检测系统200”提供单个“片上”传感器。
80.如图4所示，检测系统200”的示例性方面是利用锁定放大器技术(例如，零差检测)经由第二反射镜232”省略第一衍射(0)级子束226和利用参考照射束214的平衡检测。两个平衡差分检测器290均接收(未经调制的)参考照射束214。相位调制器220从函数发生器230接收参考信号(例如，第一频率f1)。信号输入第三衍射(+1)级子束224和第二衍射(-1)级子束222分别可以被归一化(例如，背景减去参考照射束214强度)以用于平衡检测。均利用来自参考信号(例如，第一频率f1)的嵌入调制的第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224可以用在锁定放大器技术(例如，零差检测)中，以改善第二衍射(-1)级子束222和第三衍射(+1)级子束224的精度和snr。
81.示例性离轴检测系统
82.图6至图9图示了根据各种示例性实施例的检测系统600和600’。在一些实施例中，
如图6和图7所示，检测系统600和600’可以是离轴检测系统。
83.图6图示了根据各种示例性实施例的检测系统600。检测系统600可以被配置为对衬底602上的衍射目标604的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级次偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量并且改进例如光刻设备la中的重叠及/或对准。虽然检测系统600在图6中被示为独立设备及/或系统，但本公开的实施例可以与其它光学系统一起使用，诸如(但不限于)光刻设备la和/或其它光学系统。图6所示的检测系统600与图2所示的检测系统200相似，并且相似的附图标记用于描述相似的特征。
84.检测系统600可以包括照射系统610、聚焦透镜616、第一分束器606、第一反射镜607、第二分束器608、第二反射镜609、参考照射束614、第一相位调制器620a、第二相位调制器620b、函数发生器630、第三反射镜632a、第四反射镜632b、第三分束器634、第一相位检测器640、第二相位检测器650、锁定检测器655和解调器670。在一些实施例中，如图6所示，检测系统600可以是离轴(例如，成角度的照射束不垂直于衍射目标)外差(例如，两个参考频率)检测系统。在一些实施例中，衬底602可以包括多个参考对准标记，例如，每个类似于衍射目标604。在一些实施例中，衬底602可以是光刻设备la中的衬底w。
85.照射系统610可以被配置为沿着照射路径朝向第一分束器606传输照射束618以形成参考照射束614(例如，10％)和经分束的照射束619(例如，90％)。例如，如图6所示，照射束618可以被导向第一分束器606，并且形成参考照射束614和经分束的照射束619，该参考照射束614被导向第一反射镜607以及第一相位检测器640和第二相位检测器650，该经分束的照射束619被导向第一相位调制器620a和第二相位调制器620b。经分束的照射束619可以分别经由第二分束器608和第二反射镜609朝向第一相位调制器620a和第二相位调制器620b被分离和分割。例如，如图6所示，可以将经分束的照射束619导向第一相位调制器620a，以产生朝向第三反射镜632a而引导的第一经调制的照射束621a(例如，以第一频率f1)和朝向第四反射镜632b而引导的第二经调制的照射束621b(例如，以第二频率f2)。
86.在一些实施例中，照射系统610可以是白光源(wls)。在一些实施例中，如图2所示，照射系统610可以包括可调谐滤波器212，可调谐滤波器212被配置为提供多个不同的照射束波长。例如，可调谐滤波器212可以是棱镜、声光调制器(aom)、电光调制器(eom)、带通滤波器和/或能够进行波长选择的任何其它合适的光学滤波器。在一些实施例中，如图6所示，照射束618可以包括第一相干离轴照射束621a和第二相干离轴照射束621b。在一些实施例中，照射系统610可以包括用于具有大展度并允许混合多个波长的辐射源的宽带光源。
87.在一些实施例中，如图6所示，照射束618可以包括基于来自函数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)的第一经调制的照射束621a和基于来自函数发生器630的第二参考信号(例如，第二频率f2)的第二经调制的照射束621b。例如，第一参考信号和第二参考信号(例如，第一频率f1和第二频率f2)可以是不同的(例如，f1≠f2)。
88.第三反射镜632a和第四反射镜632b可以被配置为分别朝向衬底602上的衍射目标604传输第一经调制的照射束621a和第二经调制的照射束621b。第三反射镜632a和第四反射镜632b可以与照射路径形成45
°
角，以将第一经调制的照射束621a和第二经调制的照射束621b分别导向聚焦透镜616和衍射目标604。在一些实施例中，如图6所示，第三反射镜632a和第四反射镜632b可以是不能透射的反射镜，并且被配置为阻挡衍射(0)级子束。
89.如图6所示，聚焦透镜616可以被配置为将第一经调制的照射束621a和第二经调制
的照射束621b聚焦在衍射目标604上，并且收集由衍射目标604衍射的信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)。在一些实施例中，聚焦透镜616可以被定位在检测系统600的光瞳平面(例如，其中辐射的径向位置限定了入射角并且角位置限定了辐射的方位角的平面)处。在一些实施例中，衍射目标604可以是对准标记、1-d衍射光栅和/或2-d衍射光栅。
90.衍射目标604上的第一经调制的照射束621a和第二经调制的照射束621b可以产生沿着信号路径具有衍射级子束(例如第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)的信号束。聚焦透镜616可以被配置为将由衍射目标604衍射的信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)朝向第三分束器634传输并且传输到第一相位检测器640和第二相位检测650。在一些实施例中，如图6所示，第三分束器634可以被配置为将参考照射束614和信号束的第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624朝向第一相位检测器640和/或第二相位检测器650传输。
91.第一相位调制器620a和第二相位调制器620b可以被配置为分别基于来自函数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)来调制经分束的照射束619以产生第一经调制的照射束621a，并且基于来自函数发生器630的第二参考信号(例如，第二频率f2)来调制经分束的照射束619以产生第二经调制的照射束621b。第一相位调制器620a和第二相位调制器620b可以包括但不限于机械调制器(例如斩波器)、声光调制器(aom)、电光调制器(eom)、液晶调制器(lcm)、数字微镜器件(dmd)、微机电系统(mems)、压电调制器、扫频激光源、可调谐激光源、幅度调制器、频率调制器和/或它们的任何组合。例如，如图6所示，可以将经分束的照射束619导向第一相位调制器620a(例如，第一aom)，第一相位调制器620a对经分束的照射束619进行调制(例如，频率调制)以产生利用来自函数发生器630的嵌入的第一参考信号(例如，以第一频率f1)的第一经调制的照射束621a，并且可以将经分束的照射束619导向第二相位调制器620b(例如，第二aom)，第二相位调制器620b对经分束的照射束619进行调制(例如，频率调制)以产生利用来自函数发生器630的嵌入的第二参考信号(例如，以第二频率f2)的第二经调制的照射束621b。
92.函数发生器630可以被配置为生成用于第一相位调制器620a的第一参考信号(例如，第一频率f1)和用于第二相位调制器620b的第二参考信号(例如，第二频率f2)。函数发生器630可以生成在宽的频率范围上的各种电波形(例如，一个或多个参考信号)。函数发生器630可以被耦合(例如，电耦合)到第一相位调制器620a、第二相位调制器620b、第一相位检测器640、第二相位检测器650和/或锁定检测器655。在一些实施例中，如图6所示，函数发生器630可以被配置为向第一相位调制器620a、第二相位调制器620b、第一相位检测器640、第二相位检测器650、锁定检测器655和/或解调器670生成第一参考信号(例如，第一频率f1)和/或第二参考信号(例如，第二频率f2)。
93.函数发生器630可以将一个或多个参考信号(例如，第一频率f1，第二频率f2)提供给第一相位调制器620a、第二相位调制器620b、第一相位检测器640、第二相位检测器650和/或用于锁定放大器技术的锁定检测器655。在一些实施例中，信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)可以包括基于第一相位调制器620a的第一经相位调制的信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622)和来自函数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)、以及基于第二相位调制器620b的第二经相位调制的信号束(例如，第二衍
射(+1)级子束624)和来自函数发生器630的第二参考信号(例如，第二频率f2)。在一些实施例中，参考信号(例如，第一振幅a1和/或第一频率f1)可以包括来自照射系统610的参考照射束614。
94.第一相位检测器640可以被配置为检测第一衍射(-1)级子束622、第二衍射(+1)级子束624和/或参考照射束614。第一相位检测器640可以被耦合(例如电耦合)到函数发生器630和/或解调器670。第一相位检测器640可以是任何光学检测器(例如，ccd，相机，光电二极管，光电导体，光电晶体管，cmos，锁定ccd，锁定相机等)。在一些实施例中，第一相位检测器640可以被配置用于基于图像的感测(例如，信号束中的全部，多个波长)。在一些实施例中，第一相位检测器640可以被耦合(例如，电耦合)到锁定检测器655。
95.第二相位检测器650可以被配置为检测第一衍射(-1)级子束622、第二衍射(+1)级子束624和/或参考照射束614。第二相位检测器650可以被耦合(例如电耦合)到函数发生器630和/或解调器670。第二相位检测器650可以是任何光学检测器(例如ccd，相机，光电二极管，光电导体，光电晶体管，cmos，锁定ccd，锁定相机等)。在一些实施例中，第二相位检测器650可以被配置用于基于图像的感测(例如，信号束中的全部，多个波长)。在一些实施例中，第二相位检测器650可以被耦合(例如，电耦合)到锁定检测器655。
96.如图6所示，检测系统600的光学设置的示例性方面是利用锁定放大器技术的平衡检测(例如外差检测)。第一相位检测器640和第二相位检测器650均可以接收参考照射束614。此外，第一相位检测器640和第二相位检测器650均可以接收信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)。信号束可以被归一化(例如，背景减去参考照射束614的强度)以用于平衡检测。利用来自第一参考信号(例如，第一频率f1)的嵌入调制的第一衍射(-1)级子束622和利用来自第二参考信号(例如，第二频率f2)的嵌入调制的第二衍射(+1)级子束624可以用在锁定放大器技术(例如，外差检测)中，以改善第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624的精度和snr。
97.在一些实施例中，第一相位检测器640和第二相位检测器650可以被配置为：收集信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)，并且基于信号束和来自函数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)和第二参考信号(例如，第二频率f1)来测量衍射目标604的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)。例如，如图6所示，锁定放大器技术可以与来自函数发生器630的被分别嵌入在第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624上的第一参考信号(例如，第一频率f1)和第二参考信号(例如，第二频率f2)一起使用，并且可以测量第一衍射(-1)级子束622与第二衍射(+1)级子束624之间的差值(例如，相移)。
98.在一些实施例中，第一相位检测器640和第二相位检测器650可以是相同的。在一些实施例中，第一相位检测器640和第二相位检测器650可以是单个检测器(例如，锁定检测器655)。在一些实施例中，第一相位检测器640和/或第二相位检测器650可以包括锁定放大器(例如，类似于锁定检测器655)。在一些实施例中，第一相位检测器640和/或第二相位检测器650可以包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。
99.锁定检测器655可以被配置为：收集信号束(例如，来自第一相位检测器640和第二相位检测器650)和/或经解调的信号束(例如，来自解调器670)，并且基于信号束和来自函
数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)和/或第二参考信号(例如，第二频率f2)来对衬底602上的衍射目标604的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量。在一些实施例中，锁定检测器655可以被耦合到函数发生器630、第一相位检测器640、第二相位检测器650和/或解调器670。在一些实施例中，锁定检测器655可以接收来自第一相位检测器640的第一输入信号、来自第二相位检测器650的第二输入信号、以及来自函数发生器630的第一参考信号(例如，第一频率f1)和第二参考信号(例如，第二频率f2)，以便进行差分锁定放大器技术。例如，第一输入信号和第二输入信号之间的差分(例如差)信号可以由第一参考信号和第二参考信号提取(例如外差检测)。
100.在一些实施例中，如图6所示，锁定检测器655可以在第一相位检测器640和第二相位检测器650和/或解调器670的外部。在一些实施例中，第一相位检测器640、第二相位检测器650和/或解调器670可以包括锁定检测器655(例如，可以嵌入锁定检测器655)。在一些实施例中，如图7所示，锁定检测器655可以包括平衡差分检测器690，平衡差分检测器690被配置为输出差分(例如，差)信号。例如，如图5所示，平衡差分检测器690可以包括绝热耦合器(例如，固有的50％功率分割)。在一些实施例中，锁定检测器655可以包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。在一些实施例中，如图7所示，照射系统610、第一相位调制器620a、第二相位调制器620b、函数发生器630、第一相位检测器640、第二相位检测器650、锁定检测器655和/或解调器670可以被组合在集成光学器件芯片660中。
101.解调器670可以被配置为将信号束(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)的多个频率信号(例如，被检测的信号d1至d6)分离。在一些实施例中，如图6所示，解调器670可以被耦合(例如，电耦合)到第一相位检测器640和第二相位检测器650以及锁定检测器655。例如，解调器670可以从第一相位检测器640和第二相位检测器650接收输入信号，针对输入信号的多个波长(例如，多种颜色)执行频分复用(fdm)，然后将经解调的信号发送给用于差分锁定放大器技术(例如，外差检测)的锁定检测器655。在一些实施例中，可以利用用于每个信道的不同频带处的混频器和多个滤波器。在一些实施例中，可以利用用于每个信道的多个混频器。
102.如图8所示，解调器670可以包括波形发生器673、频率信道672(例如，频率信道672a至672f)、激光二极管674(例如，激光二极管674a至674f)、成像体模(imaging phantom)676、检测器678、数据采集(daq)677和处理器(cpu)675。处理器可以被耦合(例如电耦合)到波形发生器673和daq677，并且提取信号束(例如第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)的经解调的信号(例如检测到的信号d1-d6)。波形发生器673可以向频率信道672(例如，频率信道672a至672f)提供多个信号。频率信道672(例如，频率信道672a至672f)可以向激光二极管674(例如，激光二极管674a至674f)提供经滤波的信号，以产生经分频的输入信号(例如，输入信号s1至s6)。
103.如图9所示，输入信号901(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)可以经历解调900，以将输入信号901分离(例如，分频)为组成的第一信号(s1)902、第二信号(s2)904、第三信号(s3)906、第四信号(s4)908、第五信号(s5)910和/或第六信号(s6)912。
104.如图6和图8所示，成像体模676可以被配置为基于输入信号s1至s6来调谐或验证
对检测到的信号d1至d6的检测。检测到的信号d1至d6可以由检测器678(例如，6个对应的雪崩光电二极管(apd))测量，并且被发送到daq 677和处理器675。解调器670(例如，处理器675)可以将所获取的检测到的信号d1至d6发送到用于多频率和/或波长的锁定放大器技术的锁定检测器655。
105.图7示出了根据示例性实施例的检测系统600’。图6、图8和图9中所示的检测系统600的实施例与图7中所示的检测系统600’的实施例可以类似。相似的附图标记用于表示图6、图8和图9中所示的检测系统600的实施例的相似特征以及图7中所示的检测系统600’的实施例的相似特征。图6、图8和图9中所示的检测系统600的实施例与图7中所示的检测系统600’的实施例之间的主要区别在于：(1)检测系统600’包括平衡差分检测器690，而不是图6中所示的第一相位检测器640和第二相位检测器650；(2)检测系统600’包括第一光栅642、第二光栅644和第三光栅646，而不是图6所示的第三反射镜632a和第四反射镜632b以及聚焦透镜616；以及(3)检测系统600’将检测系统600的组件中的全部(例如，照射系统610，第一分束器606，第二分束器608，参考照射束614，第一相位调制器620a，第二相位调制器620b，函数发生器630，第一相位检测器640，第二相位检测器650，锁定检测器655，解调器670等)组合成集成光学器件芯片660。
106.如图7所示，检测系统600’的光学设置的示例性方面是利用平衡差分检测器690的平衡检测。在一些实施例中，平衡差分检测器690可以包括绝热耦合器(例如，固有的50％功率分割)。平衡差分检测器690可以被配置为接收第一输入(例如，参考照射束614)和第二输入(例如，第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624)，第一输入和第二输入可以被差分比较(例如，差)。此外，平衡差分检测器690(例如，绝热耦合器)的使用允许检测系统600’的进一步小型化。集成光学器件芯片660针对用于测量衍射目标604的特定特性(例如，重叠，对准等)的紧凑检测系统600’提供单个“片上”传感器。
107.如图7所示，检测系统600’的示例性方面是利用参考照射束614和锁定放大器技术(例如外差检测)的平衡检测。平衡差分检测器690可以接收(未经调制的)参考照射束614。第一相位调制器620a从函数发生器630接收第一参考信号(例如，第一频率f1)，并且第二相位调制器620b从函数发生器630接收第二参考信号(例如，第二频率f2)。信号输入第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624以及参考照射束614可以被减去以用于平衡检测。利用来自第一参考信号(例如，第一频率f1)的嵌入调制的第一衍射(-1)级子束622、以及利用来自第二参考信号(例如，第二频率f2)的嵌入调制的经调制的第二衍射(+1)级子束624可以用在锁定放大器技术(例如，外差检测)中，以改善第一衍射(-1)级子束622和第二衍射(+1)级子束624的精度和snr。
108.示例性轴上锁定相机检测系统
109.图10图示了根据各种示例性实施例的检测系统1000。检测系统1000可以被配置为对衬底1002上的衍射目标1004的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量并且改进例如光刻设备la中的重叠及/或对准。虽然检测系统1000在图10中被示为独立设备和/或系统，但本公开的实施例可以与其它光学系统一起使用，诸如(但不限于)光刻设备la和/或其它光学系统。在一些实施例中，如图10所示，检测系统1000可以是轴上检测系统。在一些实施例中，检测系统1000可以包括用于基于图像的检测的一个或多个检测相机(例如，第一锁定相机1040和第二锁定相机1050)，该检
测相机包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，第一锁定相机1040和第二锁定相机1050可以是锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。
110.图10图示了根据示例性实施例的检测系统1000。图2中所示的检测系统200的实施例与图10中所示的检测系统1000的实施例可以类似。相似的附图标记用于表示图2中所示的检测系统200的实施例的相似特征以及图10中所示的检测系统1000的实施例的相似特征。图2中所示的检测系统200的实施例与图10中所示的检测系统1000的实施例之间的主要区别在于：(1)检测系统1000包括光扩束器1055，扩束器1055从照射系统1010传输经调制的参考照射束1021(例如，基于相位调制器1020和参考照射束1014)，而不是图2中所示的第一衍射(0)级子束226；(2)检测系统1000包括第三反射镜1032以阻挡第一衍射(0)级子束，而不是图2中所示的第一分束器232；和(3)检测系统1000包括第一锁定相机1040和第二锁定相机1050，第一锁定相机1040和第二锁定相机1050接收第一组合信号1028和第二组合信号1029以及经调制的参考照射束1021，以用于基于图像的检测，而不是图2中所示的第一相位检测器240、第二相位检测器250和锁定检测器255。
111.如图10所示，第一锁定相机1040和第二锁定相机1050可以被配置为接收第一组合信号1028和第二组合信号1029，第一组合信号1028包括第一衍射(-1)级子束1022、第二衍射(+1)级子束1024和经调制的参考照射束1021，第二组合信号1029包括第一衍射(-1)级子束1022、第二衍射(+1)级子束1024和经调制的参考照射束1021，以分别用于使用锁定放大器技术(例如，零差检测)的基于图像的检测。例如，如图10所示，第二分束器1034可以用于形成分别用于第一锁定相机1040和第二锁定相机1050的第一组合信号1028和第二组合信号1029，以便使光子效率最大化并检测(1)第一衍射(-1)级子束1022和/或第二衍射(+1)级子束1024与经调制的参考照射束1014的相对相位；和(2)衍射级第一衍射(-1)级子束1022和/或第二衍射(+1)级子束1024的相对强度。在一些实施例中，可以通过比较第一衍射(-1)级子束1022和/或第二衍射(+1)级子束1024与经调制的参考照射束1014之间的相位差来检测对准位置。
112.在一些实施例中，衍射级(例如，第一衍射(-1)级子束1022，第二衍射(+1)级子束1024)可以在检测系统1000的光瞳平面中被直接成像。例如，可以利用对像差的校正和/或各个颜色(例如，波长)的分辨率。在一些实施例中，检测系统1000可以包括解调器(例如，类似于图8中所示的解调器670)。在一些实施例中，检测系统1000的第一锁定相机1040和第二锁定相机1050可以针对散粒噪声受限性能提供干涉放大。在一些实施例中，经分束的照射束1019可以由相位调制器1020而不是参考照射束1014调制。
113.示例性离轴锁定相机检测系统
114.图11图示了根据各种示例性实施例的检测系统1100。检测系统1100可以被配置为对衬底1102上的衍射目标1104的特性(例如，重叠，对准，间距，衍射级，级间偏移(sbo)，opo，opa，μdbo，场内失真等)进行测量并且改进例如光刻设备la中的重叠及/或对准。虽然检测系统1100在图11中被示为独立设备及/或系统，但本公开的实施例可以与其它光学系统一起使用，诸如(但不限于)光刻设备la及/或其它光学系统。在一些实施例中，如图11所示，检测系统1100可以是离轴检测系统。在一些实施例中，检测系统1100可以包括用于基于图像的检测的一个或多个检测相机(例如，第一锁定相机1140和第二锁定相机1150)，该检测相机包括用于每个像素的内置锁定放大器。例如，第一锁定相机1140和第二锁定相机
1150可以是锁定cmos相机(例如，heliotis ag的c2 helicam)。
115.图11图示了根据示例性实施例的检测系统1100。图6中所示的检测系统600的实施例与图11中所示的检测系统1100的实施例可以类似。相似的附图标记用于表示图6中所示的检测系统600的实施例的相似特征以及图11中所示的检测系统1100的实施例的相似特征。图6中所示的检测系统600的实施例与图11中所示的检测系统1100的实施例之间的主要区别在于：(1)检测系统1100包括扩束器1155，扩束器1155传输来自照射系统1110的参考照射束1114，而不是图6中所示的参考照射束614(例如，未经扩展的局部斑)；以及(2)检测系统1100包括第一锁定相机1140和第二锁定相机1150，第一锁定相机1140和第二锁定相机1150接收第一组合信号1128和第二组合信号1129以及参考照射束1114以用于基于图像的检测，而不是图6中所示的第一相位检测器640、第二相位检测器650和锁定检测器655。
116.如图11所示，第一锁定相机1140和第二锁定相机1150可以被配置为接收第一组合信号1128和第二组合信号1129，第一组合信号1128包括第一衍射(-1)级子束1122、第二衍射(+1)级子束1124和参考照射束1114，第二组合信号1129包括第一衍射(-1)级子束1122、第二衍射(+1)级子束1124和参考照射束1114，以分别用于使用锁定放大器技术(例如外差检测)的基于图像的检测。例如，如图11所示，第三分束器1134可以用于形成分别用于第一锁定相机1140和第二锁定相机1150的第一组合信号1128和第二组合信号1129，以使光子效率最大化并且检测(1)第一衍射(-1)级子束1122和/或第二衍射(+1)级子束1124与参考照射束1114的相对相位；和(2)衍射级第一衍射(-1)级子束1122和/或第二衍射(+1)级子束1124的相对强度。在一些实施例中，可以通过比较第一衍射(-1)级子束1122和/或第二衍射(+1)级子束1124与参考照射束1114之间的相位差来检测对准位置。
117.在一些实施例中，衍射级(例如，第一衍射(-1)级子束1122，第二衍射(+1)级子束1124)可以在检测系统1100的光瞳平面中被直接成像。例如，可以利用对像差的校正和/或各个颜色(例如，波长)的分辨率。在一些实施例中，检测系统1100可以包括解调器(例如，类似于图8所示的解调器670)。在一些实施例中，检测系统1100的第一锁定相机1140和第二锁定相机1150可以针对散粒噪声受限性能提供干涉放大。
118.本发明的其它方面在以下编号的条款中进行阐述。
119.1.一种检测系统，包括：
120.照射系统，被配置为沿着照射路径传输照射束；
121.第一光学系统，被配置为朝向衬底上的衍射目标传输照射束，第一光学系统还被配置为传输信号束，信号束包括由衍射目标衍射的衍射级子束；
122.相位调制器，被配置为：基于参考信号，调制照射束或信号束；
123.锁定检测器，被配置为：收集信号束，并且基于信号束和参考信号来测量衍射目标的特性；以及
124.函数发生器，被配置为：生成用于相位调制器和锁定检测器的参考信号。
125.2.根据条款1的检测系统，其中照射束包括基于相位调制器和来自函数发生器的参考信号的经相位调制的照射束。
126.3.根据条款1的检测系统，其中照射束包括：
127.基于来自函数发生器的参考信号中的第一参考信号的第一经相位调制的照射束；以及
128.基于来自函数发生器的参考信号中的第二参考信号的第二经相位调制的照射束。
129.4.根据条款1的检测系统，其中相位调制器被配置为：对朝向锁定检测器的信号束的第一衍射级子束进行调制。
130.5.根据条款1的检测系统，其中信号束包括基于相位调制器和来自函数发生器的参考信号的经相位调制的信号束。
131.6.根据条款1的检测系统，其中参考信号包括来自照射系统的参考照射束。
132.7.根据条款1的检测系统，其中第一光学系统包括第一分束器，第一分束器被配置为将信号束的第一衍射级子束朝向锁定检测器传输。
133.8.根据条款7的检测系统，其中参考信号包括信号束的第一衍射级子束。
134.9.根据条款1的检测系统，其中照射系统、锁定检测器、相位调制器和函数发生器被集成在光学器件芯片中。
135.10.根据条款1的检测系统，其中锁定检测器包括用于每个像素的内置锁定放大器。
136.11.根据条款1的检测系统，其中锁定检测器包括平衡差分检测器，平衡差分检测器被配置为输出差分信号。
137.12.根据条款11的检测系统，其中平衡差分检测器包括绝热耦合器。
138.13.根据条款1的检测系统，其中衍射目标的特性是重叠测量结果。
139.14.根据条款1的检测系统，还包括解调器，解调器被耦合到锁定检测器，并且被配置为分离信号束的多个频率信号。
140.15.根据条款1的检测系统，其中照射束包括相干轴上照射束。
141.16.根据条款1的检测系统，其中照射束包括第一相干离轴照射束和第二相干离轴照射束。
142.17.根据条款1的检测系统，其中照射系统还包括可调谐滤波器，可调谐滤波器被耦合到照射束并且被配置为提供多个不同照射束波长。
143.18.一种光刻设备，包括：
144.照射系统，被配置为照射图案形成装置；
145.投影系统，被配置为将图案形成装置的图像投影到衬底上；以及
146.检测系统，被配置为对衬底上的衍射目标的特性进行测量，检测系统包括：
147.第二照射系统，被配置为沿着照射路径传输照射束；
148.第一光学系统，被配置为朝向衬底上的衍射目标传输照射束，第一光学系统还被配置为传输信号束，信号束包括由衍射目标衍射的衍射级子束；
149.相位调制器，被配置为：基于参考信号，调制照射束或信号束；
150.锁定检测器，被配置为：收集信号束，并且基于信号束和参考信号来测量衍射目标的特性；以及
151.函数发生器，被配置为：生成用于相位调制器和锁定检测器的参考信号。
152.19.根据条款18的光刻设备，其中衍射目标的特性是重叠测量结果。
153.20.根据条款18的光刻设备，其中衍射目标的特性是对准测量结果。
154.虽然在本文中可以具体参考光刻设备在ic制造中的使用，但应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测
图案、平板显示器、lcd、薄膜磁头等。技术人员将理解，在这样的备选应用的上下文中，本文中对术语“晶片”或“管芯”的任何使用都可以被视为分别与更通用的术语“衬底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以在例如轨道单元(通常将抗蚀剂层施加到衬底并且对经曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测单元或检查单元中处理本文中所指的衬底。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他衬底处理工具。此外，衬底可以被处理不止一次，例如以便产生多层ic，因此本文中使用的术语衬底也可以指代已经包含多个经处理层的衬底。
155.虽然上文已经具体参考了实施例在光刻的上下文中的使用，但是应当理解，实施例可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不限于光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌限定了在衬底上创建的图案。图案化装置的形貌可以被压入到被提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或它们的组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂被固化之后，图案化装置被移出抗蚀剂，以在其中留下图案。
156.应当理解，本文中的措辞或术语是为了描述而非限制的目的，因此本说明书的术语或措辞应当由相关领域的技术人员根据本文中的教导来解释。
157.如本文中使用的术语“衬底”描述了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，并且添加在其之上的材料也可以被图案化，或者可以保持没有图案化。
158.实施例可以以硬件、固件、软件或它们的任何组合来实现。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等。此外，固件、软件、例程和/或指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，应当理解，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程和/或指令而产生的。
159.以下示例是对本公开的实施例的说明性而非限制性的。在本领域中通常遇到的并且对相关领域的技术人员将明显的各种条件和参数的其他合适的修改和改编在本公开的精神和范围内。
160.虽然在本文中可以具体参考设备和/或系统在ic的制造中的使用，但是应当明确地理解，这样的设备和/或系统具有很多其他可能的应用。例如，它可以在制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、lcd面板、薄膜磁头等中被采用。技术人员将理解，在这样的备选应用的上下文中，本文中对术语“掩模板”、“晶片”或“管芯”的任何使用都应当被视为分别由更通用的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”来替换。
161.虽然上面已经描述了具体实施例，但是应当理解，实施例可以不同于所描述的方式来实践。该描述并非旨在限制本发明。
162.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设想的一个或多个但不是所有示例性实施例，并且因此并不旨在以任何方式限制实施例和所附权利要求。
163.上面已经借助于示出了特定功能及其关系的实现的功能性构建块来描述实施例。
为便于描述，本文中已经任意限定了这些功能构建块的边界。只要适当地执行所指定的功能及其关系，就可以限定备选边界。
164.对具体实施例的前面描述将如此充分地揭示实施例的一般性质以使得其他人可以在不脱离实施例的一般概念的情况下通过应用本领域技术内的知识容易地修改和/或改编这样的具体实施例的各种应用，而无需过度实验。因此，基于本文中呈现的教导和指导，这样的改编和修改旨在在所公开的实施例的等效的含义和范围内。
165.实施例的广度和范围不应当受上述示例性实施例中的任一个限制，而应当仅根据所附权利要求及其等效来限定。