CN117616319A - 用于在量测系统中使用的光学元件 - Google Patents

Abstract

本文中描述一种光学元件，和一种将所述光学元件用于对衬底上的结构进行的测量的量测工具或系统。所述光学元件包括：第一部分，所述第一部分被配置成将从所述照射源接收的光朝向所述衬底反射，和第二部分，所述第二部分被配置成透射从所述衬底或所述光学工具中的所述期望的位置反射的光，所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数，并且所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率系数。所述量测工具还可以包括：传感器，所述传感器被配置成接收由经图案化的衬底引起的衍射图案；和处理器，所述处理器被配置成从所述传感器接收包括所述衍射图案的信号，并且通过分析包括所述衍射图案的所述信号来确定与所述经图案化的衬底相关联的重叠。

Description

用于在量测系统中使用的光学元件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月2日递交的美国临时专利申请号63/228,407的优先权，并且该专利申请的全部内容通过引用而被合并入本文中。

技术领域

本文中的描述总体上涉及用于光刻过程中的重叠测量的改善的量测系统和方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)制造中。在那种情况下，图案形成装置(其替代地称为掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。这种图案可以被转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的部分、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像至设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底包括多个相邻目标部分，图案通过光刻设备连续地转印至所述多个相邻目标部分，一次一个目标部分。在这种类型的光刻设备中，将整个图案形成装置上的图案一次性转印至一个目标部分上；这种设备通常称为步进器。在通常称为步进扫描设备的替代设备中，投影束在给定参考方向(“扫描”方向)上遍及图案形成装置进行扫描，同时平行或反向平行于这种参考方向而同步地移动衬底。也可能通过将图案压印至衬底上来将图案从图案形成装置转印至衬底。

发明内容

期望具有减小的纳米尺寸的特征的集成电路，并且对这些特征执行高度复杂功能性的需求不断地增加。数十年来，在小芯片上，每器件的功能元件(诸如晶体管)的量已稳定地增加。使用采用光刻设备、量测工具/系统等的半导体制造过程来制造这样的特征。制造具有减小大小(例如，30nm或更小，或甚至7nm纳米或更小)的这样的纳米级特征在特征之间的重叠即套刻、特征的临界尺寸(CD)等方面提出更严格的准确度方面的要求。为了满足这些要求，半导体制造期间的量测工作量和时间已显著地增加。为了满足所述半导体制造的期望的吞吐量(例如，每小时生产的晶片的数目)要求内不断增加的量测工作和时间，则需要高效的量测工具。本公开确定了可以进一步被改善的用于量测工具中的现有光学部件。例如，本公开提供一种将辐射利用效率提高三倍或更多的光学元件。

在一个实施例中，本公开阐述一种光学元件，所述光学元件被配置成包括：第一部分，所述第一部分具有比第二部分更高的反射率；和第二部分，所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率。在实施例中，提供一种包括所述光学元件的光学工具。所述光学工具包括：照射源；物镜，所述物镜被配置成将来自所述照射源的光引导至衬底或所述光学工具中的期望的位置；和光学元件，所述光学元件具有被配置成将从所述照射源接收的光朝向所述衬底反射的第一部分和被配置成透射从所述衬底或所述光学工具中的所述期望的位置反射的光的第二部分。所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数(例如，大于51％)，并且所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射系率数(例如，大于51％)。

在实施例中，所述光学元件被定位在距所述物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定范围内的一距离处，其中，所述指定范围在所述入射光瞳与共轭平面之间，并且所述距离是在所述第一部分上的点与所述入射光瞳或所述共轭光瞳之间被测量的。在实施例中，距所述入射光瞳或共轭光瞳的所述指定范围是所述光学元件捕获由被从所述第一部分引导至所述衬底上且被从所述衬底衍射的光引起的衍射图案而不引起渐晕(vignetting)的范围。

在实施例中，提供一种用于测量经图案化的衬底的重叠的系统。所述系统包括：照射源，所述照射源用于照射经图案化的衬底；光学元件，所述光学元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被配置成反射从所述照射源接收的光，所述第二部分被配置成透射从所述经图案化的衬底反射的光，所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数，所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率系数；传感器，所述传感器被配置成接收由所述经图案化的衬底引起的衍射图案；以及处理器，所述处理器被配置成从所述传感器接收包括所述衍射图案的信号，并且通过分析包括所述衍射图案的所述信号来确定与所述经图案化的衬底相关联的重叠。

附图说明

被合并入本说明书中且构成本说明书的一部分的随附附图示出本文中所披露的主题的某些方面，并且与描述一起有助于解释与所披露的实施例相关联的一些原理。在附图中，

图1图示根据实施例的光刻设备；

图2A示意性地图示根据实施例的图1的设备中的测量和曝光过程；

图2B图示根据实施例的光刻单元或光刻簇；

图3A是根据使用提供某些照射模式的第一对照射孔的实施例的用于测量目标的测量设备的示意图；

图3B是根据实施例的用于给定照射方向的目标的衍射光谱的示意性细节；

图3C是根据实施例的第二对照射孔的示意性图示，其在使用测量设备用于进行基于衍射的重叠测量时提供另外的照射模式；

图3D是根据实施例的第三对照射孔的示意性图示，其组合了第一和第二对孔来在使用测量设备用于进行基于衍射的重叠测量时提供另外的照射模式；

图4示意性地描绘根据实施例的衬底上的多个周期性结构目标的形式和测量斑的轮廓；

图5示意性地描绘根据实施例的在图3A的设备中所获得的图4的目标的图像；

图6示意性地描绘根据实施例的示例量测设备和量测技术；

图7示意性地描绘根据实施例的示例量测设备；

图8图示根据实施例的示例性光学元件；

图9A是根据实施例的被配置成在第1和第3象限中包括高反射部分且在第2和第4象限中包括高透射部分的光学元件的示例性光学表面；

图9B是根据实施例的被配置成在第1和第3象限中包括椭圆形高反射部分且剩余部分为高透射部分的光学元件的示例性光学表面；

图10图示根据实施例的示例性光学元件相对于入射光瞳的定位以防止渐晕(vignetting)，

图11是根据实施例的用于执行本文中所描述的方法中的一些方法的示例计算机系统的框图；

图12是根据实施例的另一光刻投影设备(LPA)的示意图；

图13是根据实施例的光刻投影设备的详细视图；

图14是根据实施例的光刻投影设备LPA的源收集器模块SO的详细视图。

具体实施方式

现将参考附图详细地描述本公开，所述附图作为本公开的说明性示例提供，以便使得本领域技术人员能够实践本公开。值得注意地，以下各图和示例不旨在将本公开的范围限于单个实施例，但借助于所描述的或所图示的元件中的一些或全部的互换而使其它实施例是可能的。此外，在可以使用已知部件来部分地或完全地实施本公开的某些元件的情况下，将仅描述这样的已知部件的对理解本公开所必需的那些部分，并且将省略对这样的已知部件的其它部分的详细描述以免混淆本公开。除非本文中另外指定，否则如本领域技术人员将明白，描述为以软件实施的实施例不应被限于此，而是可以包括以硬件或软件与硬件的组合实施的实施例，并且反之亦然。在本说明书中，不应将示出单数部件的实施例视为是限制性的；而是，除非本文中另外明确陈述，否则本公开旨在涵盖包括多个相同部件的其它实施例，并且反之亦然。此外，除非如此明确阐述，否则申请者不旨在使本说明书或权利要求中的任何术语归结于不常见或特殊含义。另外，本公开涵盖本文中借助于图示而提及的已知部件的目前和未来已知等效物。

虽然在本文中可以具体地参考IC制造，但应明确地理解，本文中的描述具有许多其它可能的应用。例如，其可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等。本领域技术人员将了解，在这样的替代应用的情境下，应将本文中对术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用视为可以分别与更上位的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”互换。

在本文件中，本文中所使用的术语“辐射”和“束”涵盖全部类型的电磁辐射，包括可见光辐射(例如，具有介于400nm至780nm的范围内的波长λ、紫外(UV)辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长λ)、极紫外(EUV或软X射线)辐射(例如，具有介于5nm至20nm(诸如例如13.5nm)的范围内的波长)或在小于5nm下工作的硬X射线以及粒子束，诸如离子束或电子束。通常，将具有在约780至3000nm(或更大)之间的波长的辐射视为IR辐射。UV是指具有大约100nm至400nm的波长的辐射。在光刻内，术语“UV”也应用于可以由汞放电灯产生的波长：G线436nm；H线405nm；和/或I线365nm真空UV或VUV(例如，由空气吸收的UV)是指具有大约100至200nm的波长的辐射。深UV(DUV)通常是指具有在126nm至428nm的范围内的波长的辐射，并且在实施例中，准分子激光器可以产生在光刻设备内使用的DUV辐射。应了解，具有在例如5nm至20nm的范围内的波长的辐射涉及具有某一波长带的辐射，所述波长带的至少一部分是在5nm至20nm的范围内。

图案形成装置可以包括或可以形成一个或更多个设计布局。可以利用计算机辅助设计(CAD)过程来产生设计布局，这种过程通常称为电子设计自动化(EDA)。大多数CAD过程遵循预定设计规则集合，以便产生功能设计布局/图案形成装置。通过处理和设计限制来设置这些规则。例如，设计规则限定器件(诸如栅极、电容器等)或互联机之间的空间容许度，以便确保器件或线不会以不期望的方式彼此相互作用。设计规则限制中的一个或更多个可以被称为“临界尺寸”(CD)。可以将器件的临界尺寸限定为线或孔的最小宽度或两条线或两个孔之间的最小空间。因此，CD确定所设计的器件的总体大小和密度。当然，器件制造的目的中的一个是在衬底上如实地再现初始设计旨在(经由图案形成装置)。

如本文中所采用的术语“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指可以用于向入射辐射束赋予经图案化的横截面的通用图案形成装置，经图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案；术语“光阀”也可以用于这种情境下。除经典掩模(透射或反射；二元、相移、混合式等)以外，其它这样的图案形成装置的示例也包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

可编程反射镜阵列的示例可以是具有黏弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种设备所隐含的基本原理为(例如)：反射表面的寻址区域使入射辐射反射为衍射辐射，而未寻址区域使入射辐射反射为非衍射辐射。在使用适当滤波器的情况下，可以从反射束滤出所述非衍射辐射，从而仅留下衍射辐射；以这种方式，束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而变得图案化。可以使用合适的电子装置来执行矩阵寻址。

可编程LCD阵列的示例在以引用的方式并入本文中的美国专利号5,229,872中给出。

图1示意性地为光刻设备。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，所述照射系统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且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位图案形成装置的第一定位器PM；两个衬底台(例如，晶片台)WTa和WTb，其各自构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W且各自连接至被配置成根据某些参数来准确地定位所述衬底的第二定位器PW；和投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。参考系或参考框架RF连接各种部件，并且用作用于设置和测量图案形成装置和衬底的位置以及图案形成装置和衬底上的特征的位置的参考。

照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或其任何组合。

图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的定向、光刻设备的设计和其它条件(诸如例如是否将图案形成装置保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件MT可以是例如可以根据需要是固定的或可移动的框架或台。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望的位置。

本文中所使用的术语“图案形成装置”应广义地解释为是指可以用于在辐射束的横截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应注意，例如，如果被赋予至辐射束的图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则所述图案可以不确切地对应于衬底的目标部分中的期望的图案。通常，被赋予至辐射束的图案将对应于目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。

如这里所描绘的，设备属于透射类型(例如，采用透射型图案形成装置)。替代地，设备可以属于反射类型(例如，采用如上文提及的类型的可编程反射镜阵列，或采用反射型掩模)。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面板。可以将本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用视为与更上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”也可以解释为是指以数字形式储存用于控制这样的可编程图案形成装置的图案信息的装置。

本文中所使用的术语“投影系统”应广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统，或其任何组合。可以将本文中对术语“投影透镜”的任何使用视为与更上位的术语“投影系统”同义。

光刻设备也可以属于以下类型：其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体应用于光刻设备中的其它空间，例如，掩模与投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增加投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。例如，当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分立的实体。在这样的情况下，不认为源形成光刻设备的部分，并且辐射束借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD而从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL连同束传递系统BD(必要时)可以被称为辐射系统。

照射器IL可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD、积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B入射到被保持在图案形成装置支撑件MT上的图案形成装置MA上，并且由所述图案形成装置进行图案化。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2-D编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WTa或WTb，例如以便使不同的目标部分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(其未在图1中明确地描绘的)可以用于例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

可以使用掩模对准标记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。虽然如所图示的衬底对准标记占据专用目标部分，但所述衬底对准标记可以位于目标部分之间的空间中(这些标记被称为划线对准标记)。类似地，在将多于一个管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。小对准标记也可以在装置特征当中被包括在管芯内，在这种情况下，期望使标记物尽可能地小且无需与邻近特征不同的任何成像或过程条件。下文进一步描述检测对准标记的对准系统。

可以在多种模式下使用所描绘设备。在扫描模式下，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向。在扫描模式下，曝光场的最大大小限制单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。如在本领域中所众所周知的，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。在所谓的“无掩模”光刻术中，使可编程图案形成装置保持静止，但具有改变的图案，并且移动或扫描衬底台WT。

也可以采用上文所描述的使用模式的组合和/或变化或完全不同的使用模式。

光刻设备LA属于所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA——在该两个站之间可交换衬底台。在曝光站处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可以在测量站处将另一衬底装载至另一衬底台上且实施各种预备步骤。这能够大致增加设备的生产量。所述预备步骤可以包括使用水平传感器LS来映射衬底的表面高度轮廓，并且使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标记的位置。如果位置传感器IF在其处于测量站以及处于曝光站时无法测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够相对于参考系RF在两个站处追踪衬底台的位置。代替所示出的双平台布置，其它布置是已知且可用的。例如，提供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不对接。

图2A示意性地图示图1的设备中的测量和曝光过程，其包括用于在图1的双平台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如管芯)的步骤。在虚线框内的左手侧，在测量站MEA处执行步骤，而右手侧示出在曝光站EXP处执行的步骤。有时，衬底台WTa、WTb中的一个将位于曝光站处，而另一个位于测量站处，如上文所描述的。出于这种描述的目的，假定衬底W已经装载至曝光站中。在步骤200处，通过未示出的机构将新衬底W'装载至设备。并行地处理这两个衬底以便增加光刻设备的生产量。

首先参考新装载的衬底W'，这种衬底可以是先前未经处理的衬底，其通过新抗蚀剂制备以在设备中第一次曝光。然而，通常，所描述的光刻过程将仅是一系列曝光和处理步骤的步骤，使得衬底W'已通过这种设备和/或其它光刻设备若干次，并且也可以经历后续过程。尤其出于改善重叠性能的目的，任务是确保新图案施加在衬底上的已经经受图案化和处理的一个或更多个循环的正确位置中。这些处理步骤在衬底中逐步地引入变形，可以测量和校正所述变形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/或后续图案化步骤(如刚才提及的)，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，装置制造过程中的在诸如分辨率和重叠的参数方面要求非常高的的一些层相比于要求较不高的其它层可以在更先进的光刻工具中来执行。因此，一些层可以曝光于浸没型光刻工具中，而其它层曝光于“干式”工具中。一些层可以曝光于在DUV波长下工作的工具中，而其它层使用EUV波长辐射来曝光。

在202处，使用衬底标记Pl等和图像传感器(未示出)的对准测量用于测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。另外，将使用对准传感器AS来测量横跨衬底W'的若干对准标记。在一个实施例中，使用这些测量以建立“晶片栅格”，所述晶片栅格非常准确地映射横跨衬底的标记的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。

在步骤204处，也使用水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)图。常规地，高度图仅用于实现所曝光的图案的准确聚焦。另外，其可以用于其它目的。

当装载衬底W'时，接收选配方案数据206，所述选配方案数据限定待执行的曝光，并且也限定晶片和先前在衬底W'上制得的图案和待在衬底W'上制得的图案的性质。将这些选配方案数据添加至在202、204处制得的晶片位置、晶片栅格和高度图的测量，并且接着可以将选配方案和测量数据208的完整集合传递至曝光站EXP。对准数据的测量例如包括以与作为光刻过程的产品的产品图案成固定或名义固定关系而形成的对准目标的X和Y位置。恰好在曝光之前获得的这些对准数据用于产生对准模型，所述对准模型具有将模型拟合至数据的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正当前光刻步骤中所施加的图案的位置。使用中的模型在测量位置之间内插位置偏差。常规对准模型可以包括四个、五个或六个参数，所述参数一起以不同尺寸限定“理想”栅格的平移、旋转和缩放。使用更多参数的先进模型是已知的。

在210处，调换晶片W'和W，使得所测量的衬底W'变为进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过交换设备内的支撑件WTa和WTb来执行这种调换，使得衬底W、W'仍准确地夹持且定位在那些支撑件上，以保留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，则为了利用用于衬底W(以前为W')的测量信息202、204以控制曝光步骤，必需确定投影系统PS与衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置。在步骤212处，使用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动和辐射脉冲施加在横跨衬底W的连续目标部位处，以便完成一定数目个图案的曝光。

通过使用在测量站处获得的对准数据和高度图以及曝光步骤的性能，相对于期望的位置，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使这些图案。在步骤220处从设备卸载现在标注为W"的经曝光的衬底，以根据所曝光的图案使其经历蚀刻或其它过程。

本领域技术人员将知晓以上描述为真实制造情形的一个示例中所涉及的多个非常详细步骤的简化概略图。例如，常常将存在使用相同或不同标记的粗糙和精细测量的单独的阶段，而不是在单个遍次中测量对准。可以在高度测量之前或之后或交错执行粗糙和/或精细对准测量步骤。

在一个实施例中，诸如对准传感器AS之类的光学位置传感器使用可见光和/或近红外(NIR)辐射来读取对准标记。在一些过程中，在已形成所述对准标记之后处理所述多个衬底上的层导致了由于低信号强度或无信号强度而无法由这样一种对准传感器发现所述标记的情形。

图2B图示光刻单元或光刻簇。光刻设备LA可以形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或簇)的部分，所述光刻单元LC也包括用于对衬底执行曝光前过程和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括用于沉积一个或更多个抗蚀剂层的一个或更多个旋涂器SC、用于使经曝光的抗蚀剂显影的一个或更多个显影器DE、一个或更多个激冷板CH和/或一个或更多个焙烤板BK。衬底输送装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取一个或更多个衬底，在不同过程设备之间移动所述一个或更多个衬底且将所述一个或更多个衬底传递至光刻设备的进料台LB。常常统称为轨道或涂覆显影系统的这些设备处于轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，所述轨道或涂覆显影系统控制单元TCU自身受管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作以最大化生产量和处理效率。

为了正确地且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，期望检查经曝光的衬底以测量或确定一个或更多个性质，诸如重叠(其可以例如在叠置层中的结构之间，或在同一层中的已通过例如双重图案化过程分别提供至所述层的结构之间)、线厚度、临界尺寸(CD)、聚焦偏移、材料性质等。因此，光刻单元LC所处的制造设施通常也包括接收已在光刻单元中处理的衬底W中的一些或全部的量测系统MET。量测系统MET可以是光刻单元LC的部分，例如，其可以是光刻设备LA的部分。

可以将量测结果直接或间接地提供至管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光(尤其在可以足够迅速且快速完成检查使得所述批次的一个或更多个其它衬底仍待曝光的情况下)和/或经曝光的衬底的后续曝光进行调整。另外，可以将经曝光的衬底剥离和返工以改善产率，或舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

在量测系统MET内，量测设备用于确定衬底的一个或更多个性质，并且具体地，确定不同衬底的一个或更多个性质如何变化或同一衬底的不同层在不同层间如何变化。量测设备可以集成至光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是单独的装置。为了实现快速测量，期望使量测设备紧接在曝光之后测量经曝光的抗蚀剂层的一个或更多个性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有低对比度，在已曝光于辐射的抗蚀剂的部分与还未曝光在辐射的抗蚀剂的部分之间仅存在非常小的折射率差，并且不是所有量测设备都具有足够的敏感度以进行对潜像的有用测量。因此，可以在曝光后焙烤步骤(PEB)之后进行测量，所述曝光后焙烤步骤通常是对经曝光的衬底进行的第一个步骤且增加抗蚀剂的曝光部分与未曝光部分之间的对比度。在这样的阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。也可能对经显影的抗蚀剂图像进行测量，这时已移除抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分，或在诸如蚀刻的图案转印步骤之后对经显影的抗蚀剂图像进行测量。后一可能性限制返工有缺陷衬底的可能性，但仍可以提供有用信息。

为了实现量测，可以在衬底上设置一个或更多个目标。在实施例中，目标被专门设计且可以包括周期性结构。在实施例中，目标是器件图案的一部分，例如是器件图案的周期性结构。在实施例中，器件图案是存储器装置的周期性结构(例如，双极晶体管(BPT)、位线触点(BLC)等结构)。

在实施例中，衬底上的目标可以包括一个或更多个1-D周期性结构(例如，光栅)，所述光栅被印制以使得在显影之后，周期性结构特征由实体抗蚀剂线形成。在实施例中，目标可以包括一个或更多个2-D周期性结构(例如，光栅)，所述光栅经印制以使得在显影之后，一个或更多个周期性结构由抗蚀剂中的实体抗蚀剂导柱或通孔形成。栅条、导柱或通孔替代地被蚀刻至衬底中(例如，蚀刻至衬底上的一个或更多个层中)。

在实施例中，图案化过程的所关注的参数中的一个是重叠即套刻。可以使用暗场散射测量来测量重叠，其中，阻挡零衍射阶(对应于镜面反射)，并且仅处理较高阶。暗场量测的示例可以在PCT专利申请公开号WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到，这些专利申请公开由此以全文引用的方式并入。美国专利申请公开US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0242970中已描述所述技术的进一步开发，这些专利申请公开的全文由此以引用方式并入。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠实现对较小目标的重叠测量。这些目标可以小于照射斑且可以由衬底上的器件产品结构环绕。在实施例中，可以在一次辐射捕获中测量多个目标。

图3A是根据使用提供某些照射模式的第一对照射孔的实施例的用于测量目标的量测设备的示意图。图3A中也示意性地示出适合的用于实施例中以测量例如重叠的量测设备。图3B中更详细地图示目标T(包括诸如光栅的周期性结构)和衍射射线。测量设备可以是单独的装置，或并入于例如测量站处的光刻设备LA中或并入于光刻单元LC中。贯穿设备具有若干分支的光轴由点线O表示。在这样的设备中，由输出11(例如，诸如激光器或氙气灯的源，或连接至源的开口)发射的辐射由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由棱镜15引导至衬底W上。这些透镜被布置为呈4F布置的双重序列。可以使用不同透镜布置，只要所述透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上。

在实施例中，棱镜15可以是光学元件OP2(参见图8)。光学元件改善由输出11发射的辐射的反射效率和从衬底W衍射的射线(例如，+1(N)和-1(S))的透射效率。有利地，光学元件OP2将由输出11发射的辐射的利用率提高至少三倍。因而，传感器19接收具有与衬底上的结构相关的大量信号的衍射图案，这又有助于在较少曝光时间内确定更准确的测量(例如，重叠、CD)。相反，如果利用效率低，则曝光时间长，从而允许传感器19捕获足够的信号以准确地确定测量。因此，通过改善光学元件OP2对辐射的利用，可以从测量设备或量测工具获得更快且更准确的测量。

在实施例中，透镜布置允许存取中间光瞳平面以用于空间频率滤光。因此，可以通过限定在呈现衬底平面的空间光谱的平面(在该称为(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，这可以例如通过在作为物镜光瞳平面的背向投影式图像的平面中在透镜12与14之间插入合适的形式的孔板13来进行。在所图示的示例中，孔板13具有不同的形式(标注为13N和13S)，从而允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔板13N从仅出于描述起见而指定为“北”的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13S用于提供类似但来自标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同的孔，其它照射模式是可能的。光瞳平面的其余部分期望地为暗的，这是因为期望的照射模式之外的任何不必要辐射可能干涉期望的测量信号。

图3B是用于给定照射方向的目标的衍射光谱的示意性细节。如图3B中示出的，目标T在衬底W大致垂直于物镜16的光轴O的情况下被放置。与轴O成角度而照射到目标T上的照射射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。在利用过填充的小目标T的情况下，这些射线仅是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的许多平行射线中的一条射线。由于板13中的孔具有有限的宽度(接收有用量的辐射所必要的)，因此入射射线I实际上将占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在角度范围上进一步散布，而不是如所示出的出的单条理想射线。应注意，周期性结构节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的一阶射线与中心光轴接近地对准。图3A和图3B中所图示的射线被示出为稍微离轴，以仅地使其能够在图中更容易地被区分。由衬底W上的目标衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集，并且经由棱镜15引导回来。

返回至图3A，通过指定标注为北(N)和南(S)的完全相对孔来图示第一照射模式和第二照射模式两者。当入射射线I来自光轴的北侧时，即当使用孔板13N应用第一照射模式时，标注为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相比之下，当使用孔板13S应用第二照射模式时，-1衍射射线(标注为-1(S))是进入透镜16的衍射射线。因此，在实施例中，通过在某些条件下测量目标两次(例如，在使目标旋转或改变照射模式或改变成像模式以分别获得-1和+1衍射阶强度之后)来获得测量结果。针对给定目标比较这些强度提供对目标中的不对称性的测量，并且目标中的不对称性可以用作光刻过程的参数(例如，重叠)的指示器。在上文所描述的情形下，改变照射模式。

分束器17将衍射束划分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和一阶衍射束在第一传感器19(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶射中传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比若干阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或归一化强度测量。光瞳平面图像也可以用于诸如重构之类的其它测量目的，如下文进一步所描述的。

在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成衬底W上的目标的图像。在第二测量分支中，将孔径光阑21设置在与物镜16的光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成在传感器23上的目标的图像由-1或+1阶束形成。将关于由传感器19和23测量的图像的数据输出至处理器和控制器PU，所述处理器和控制器PU的功能将依赖于正被执行的测量的特定类型。应注意，在广义上使用术语“图像”。因而，如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不形成周期性结构特征(例如，光栅线)的图像。

图3中示出的孔板13和光阑21的特定形式仅是示例。在另一实施例中，使用目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑来将大致仅一个一阶衍射辐射传递至传感器。在又一其它实施例中，代替一阶束或除一阶束以外，2阶、3阶和更高阶束(图3中未示出)也可以用于测量中。

为了使照射可以适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕圆盘而形成的一定数目个孔图案，所述圆盘旋转以使期望的图案处于适当的位置。应注意，使用孔板13N或13S来测量在一个方向(依赖于设置的X或Y)上定向的目标周期性结构。为了测量正交周期性结构，可以实施达90°和270°的目标旋转。

图3C是在使用测量设备进行基于衍射的重叠测量时提供另外的照射模式的第二对照射孔的示意性图示。

图3D是在使用测量设备进行基于衍射的重叠测量时组合提供另外的照射模式的第一和第二对孔的第三对照射孔的示意性图示。

图3C和图3D中示出不同的孔板。图3C图示离轴照射模式的两种其它类型。在图3C的第一照射模式下，孔板13E从仅出于描述起见而相对于先前所描述的“北”而指定为“东”的方向提供离轴照射。在图3C的第二照射模式下，孔板13W用于提供类似但来自标注为“西”的相反方向的照射。图3D图示离轴照射模式的两种其它类型。在图3D的第一照射模式下，孔板13NW从被指定为如先前所描述的“北”和“西”的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13SE用于提供类似但来自标注为如先前所描述的“南”和“东”的相反方向的照射。例如，在上文提及的先前公布的专利申请公开中描述设备的这些和许多其它变化和应用的使用。

图4示意性地描绘衬底上的多个周期性结构(例如，多个光栅)目标的形式和测量斑的轮廓。示例复合量测目标T形成在衬底上。复合目标包括紧密地定位在一起的四个周期性结构(在这种情况下是光栅)32、33、34、35。在实施例中，可以使周期性结构布局小于测量斑(例如，周期性结构布局过填充)。因此，在实施例中，周期性结构足够紧密地定位在一起，使得所述周期性结构都在由量测设备的照射束形成的测量斑31内。在那种情况下，四个周期性结构因此均同时被照射且同时被成像在传感器19和23上。在专用于重叠测量的示例中，周期性结构32、33、34、35本身是通过重叠周期性结构形成的复合周期性结构(例如，复合光栅)，例如，周期性结构在形成在衬底W上的装置的不同层中被图案化且使得一个层中的至少一个周期性结构与不同层中的至少一个周期性结构重叠。这种目标可以具有在20μm×20μm内或在16μm×16μm内的外部尺寸。另外，所有周期性结构用于测量特定层对之间的重叠。为促进目标能够测量多于单个层对，周期性结构32、33、34、35可以具有以不同方式偏置的重叠偏移，以便促进对形成有复合周期性结构的不同部分的不同层之间的重叠的测量。因此，用于衬底上的目标的所有周期性结构将用于测量一对层，并且用于衬底上的另一相同目标的所有周期性结构将用于测量另一对层，其中，不同偏置有助于在这些层对之间进行区分。

返回至图4，周期性结构32、33、34、35也可以在其定向上不同(如所示出的出的)，以便使入射辐射在X和Y方向上衍射。在一个示例中，周期性结构32和34是分别具有+d、-d的偏置的X方向周期性结构。周期性结构33和35可以是分别具有偏移+d和-d的Y方向周期性结构。虽然图示四个周期性结构，但另一实施例可以包括更大矩阵以获得期望的准确度。例如，九个复合周期性结构的3×3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可以在由传感器23捕获的图像中识别这些周期性结构的分立的图像。

图5示意性地描绘在图3的设备中获得的图4的目标的图像。图5示出使用来自图3D的孔板13NW或13SE，可以在图3的设备中使用图4的目标形成在传感器23上且由传感器23检测的图像的示例。虽然传感器19无法分辨不同的单独的周期性结构32至35，但传感器23可以进行这种分辨。暗矩形表示传感器上的图像场，在所述图像场内，将衬底上的照射斑31成像至相应的圆形区域41中。在这样的圆形区域内，矩形区域42至45表示周期性结构32至35的图像。不是定位在划线中或除定位在划线中以外，目标可以定位在器件产品特征当中。如果周期性结构位于器件产品区域中，则器件特征也可以在该图像场的周边中可见。处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像以识别周期性结构32至35的分离图像42至45。以这种方式，图像不必在传感器框架内的特定部位处非常精确地对准，这在整体上非常大的改善了测量设备的生产量。

一旦已识别周期性结构的分立的图像，就可以例如通过对所识别的区域内的选定像素强度值求平均值或求和来测量那些单独的图像的强度。可以将图像的强度和/或其它性质彼此进行比较。可以组合这些结果以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的示例。

图6示意性地描绘示例量测设备和量测技术。在实施例中，图案化过程的所关注的参数中的一个为特征宽度(例如，CD)。图6描绘可以实现特征宽度确定的高度示意性示例量测设备(例如，散射仪)。所述量测设备包括将辐射投影至衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。重引导辐射被传递至光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(随波长而变化的强度)，如例如在左下方的曲线图中示出。根据这种数据，可以通过处理器PU，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与图6的右下方所示出的模拟光谱库的比较来重构产生所检测的光谱的结构或轮廓。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据用于制造结构的过程的知识来假定一些变量，从而仅留下结构的几个变量以根据所测量数据来确定。这种量测设备可以被配置成正入射量测设备或斜入射量测设备。此外，除了通过重构进行参数的测量以外，角分辨散射测量也在产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性测量中有用。不对称性测量的特定应用是针对重叠的测量，其中，目标包括迭置于另一组周期性特征上的一组周期性特征。例如，在美国专利申请公开US2006-066855中描述以这种方式的不对称性测量的概念，所述专利申请公开以其全文并入本文中。

图7图示适合的用于本公开的实施例的量测设备100的示例。在美国专利申请公开号US2006-033921和US2010-201963号中更详细地解释这种类型的量测设备的操作原理，这些专利申请公开以其全文引用的方式并入本文中。贯穿设备具有若干分支的光轴由点线O表示。在这样的设备中，由源110(例如，氙气灯)发射的辐射经由光学系统引导至衬底W上，所述光学系统包括：透镜系统120、孔板130、透镜系统140、部分反射表面150和物镜160。在实施例中，这些透镜系统120、140、160被布置为呈4F布置的双重序列。在实施例中，使用透镜系统120来准直由辐射源110发射的辐射。可以根据需要使用不同透镜布置。可以通过限定呈现衬底平面的空间光谱的平面中的空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的背向投影式图像的平面中在透镜120与140之间插入合适的形式的孔板130来进行。通过使用不同的孔，不同的强度分布(例如，环形、偶极等)是可能的。在径向和周向方向上的照射的角分布以及诸如辐射的波长、偏振和/或相干性的性质都可以被调整以获得期望的结果。例如，一个或更多个干涉滤波器130可以设置在源110与部分反射表面150之间以选择在比如400nm至900nm或甚至更低(诸如200nm至300nm)的范围内的所关注的波长。干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括不同滤波器的集合。可以使用光栅代替干涉滤波器。在实施例中，一个或更多个偏振器170可以设置在源110与部分反射表面150之间以选择所关注的偏振。偏振器可以是可以调谐的，而不是包括不同偏振器的集合。

如图7中示出的，目标T在衬底W垂直于物镜160的光轴O的情况下被放置。因此，来自源110的辐射由部分反射表面150反射且经由物镜160聚焦至衬底W上的目标T上的照射斑S中。在实施例中，物镜160具有高数值孔径(NA)，期望地为至少0.9或至少0.95。浸没量测设备(使用相对高折射率的流体，诸如水)甚至可以具有超过1的数值孔径。

与轴O成角度聚焦至照射斑的照射射线170、172产生衍射射线174、176。应记住，这些射线仅是覆盖包括目标T的衬底区域的许多平行射线中的一条射线。照射斑内的每个元件在量测设备的视场内。由于板130中的孔具有有限的宽度(为接收有用量的辐射所必要)，因此入射射线170、172实际上将占据一角度范围，并且衍射射线174、176将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每个衍射阶将在角度范围上进一步散布，而不是如所示出的出的单条理想射线。

由衬底W上的目标衍射的至少0阶由物镜160收集，并且经由部分反射表面150引导回来。光学元件180将衍射束的至少一部分提供至光学系统182，所述光学系统182使用零阶和/或一阶衍射束在传感器190(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标T的衍射光谱(光瞳平面图像)。在实施例中，设置孔186以筛选某些衍射阶，使得将特定衍射阶提供至传感器190。在实施例中，孔186大致或主要仅允许零阶辐射到达传感器190。在实施例中，传感器190可以是二维检测器，使得可以测量衬底目标T的二维角散射光谱。传感器190可以是例如CCD或CMOS传感器阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。传感器190可以用于测量在单个波长(或窄波长范围)下的重引导辐射的强度、分别在多个波长下或在波长范围内积分的强度。此外，传感器可以用于分别测量具有横向磁偏振和/或横向电偏振的辐射的强度，和/或横向磁偏振辐射与横向电偏振辐射之间的相位差。

可选地，光学元件180将衍射束的至少一部分提供至测量分支200以在传感器230(例如CCD或CMOS传感器)上的衬底W上形成目标的图像。测量分支200可以用于各种辅助功能，诸如聚焦量测设备(例如，使得衬底W能够与物镜160聚焦)，和/或用于引言中提及的类型的暗场成像。

为了针对光栅的不同大小和形状提供定制视场，在从源110至物镜160的路径上在透镜系统140内设置可调场光阑300。场光阑300包括孔302且位于与目标T的平面共轭的平面中，使得照射斑变为孔302的图像。可以根据放大因子缩放图像，或孔与照射斑可以处于1:1大小关系。为了使照射可以适应于不同类型的测量，孔板300可以包括围绕圆盘而形成的一定数目个孔图案，所述圆盘旋转以使期望的图案处于适当的位置。替代地或另外，可以提供和调换一组板300以实现相同效果。另外或替代地，也可以使用可编程孔装置，诸如可变形反射镜阵列或透射空间光调制器。

通常，目标将与其平行于Y轴或平行于X轴延伸的周期性结构特征对准。关于目标的衍射行为，具有在平行于Y轴的方向上延伸的特征的周期性结构在X方向上具有周期性，而具有在平行于X轴的方向上延伸的特征的周期性结构在Y方向上具有周期性。为了测量在两个方向上的性能，通常提供两种类型的特征。虽然为简单起见将参考线和空间，但周期性结构无需由线和空间形成。此外，每个线和/或线之间的空间可以由较小子结构形成的结构。另外，例如在周期性结构包括支柱和/或通孔的情况下，周期性结构可以在两个维度上同时形成有周期性。

为了监测光刻过程，有必要测量经图案化的衬底的参数，例如形成在衬底中或上的连续层之间的重叠误差。存在用于进行在光刻过程中形成的显微结构的测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。一种形式的专用检查工具为散射仪，其中，将辐射束引导至衬底的表面上的目标上且测量散射或反射束的性质。通过将束在其已由衬底反射或散射之前与之后的性质进行比较，可以确定衬底的性质。例如，可以通过比较反射束与储存在与已知衬底性质相关联的已知测量库中的数据来进行这种确定。两种主要类型的散射仪是已知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导至衬底上且测量散射至特定窄角度范围中的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。角分辨散射仪使用单色辐射束且测量随角度而变化的散射辐射的强度。

逐层地创建器件，并且重叠是光刻设备将这些层准确地印制于彼此顶部上的能力的量度。连续层或同一层上的多个过程必须与先前层准确地对准，否则结构之间的电接触将是不良的且得到的器件将不按照规格来执行。重叠是该对准的准确度的量度。良好重叠改善了器件产率且使能够印制较小产品图案。形成在经图案化的衬底中或上的连续层之间的重叠误差受(光刻设备的)曝光设备的各个部分控制。在实施例中，重叠由本文中的量测工具测量，并且对光刻设备(例如，负责将辐射对准至衬底的正确部分上的对准系统)进行调整，以便获得期望的重叠性能。

用于量测工具中的现有光学元件包括50/50分束器，以将不同的照射和检测束路径组合在一起。现有的50/50分束器包括执行用以组合不同的辐射路径所需的反射率和透射率的功能的涂层。然而，辐射经由50/50分束器通过双程，如此仅利用所述照射束的大约25％且到达诸如暗场相机之类的传感器，而浪费了所述照射束的剩余部分。束利用的低效率影响测量吞吐量。如此，测量可能需要更多时间，由此减小吞吐量。期望一种改善的光学元件，其用于增加用于测量(例如，重叠测量)的束利用率且由此增加量测工具的吞吐量。如本文中所论述的，可以在半导体制造期间执行测量且可以基于测量对光刻设备进行调整以改善产率。如此，更快且更准确的测量也改善半导体制造过程的产率和吞吐量。

图8图示具有具备高反射率的部分和具备高透射率的部分的光学元件OP2。在实施例中，所述光学元件OP2包括具有高反射率的两个象限和具有高透射率的两个象限，这使得束利用效率提高大约三倍(3×)而不显著地改变现有量测工具的光学架构。在实施例中，所述光学元件OP2被放置成靠近于物镜入射光瞳EP。可以对照射模式选择器进行小调整(例如，创建不同的照射模式)以避免渐晕而不影响应用空间。

在实施例中，源(例如，如图3A和图7中示出)发射辐射射线IR1，所述辐射射线IR1可以从沿第一光学元件OP1对角地放置的反射器表面RS1朝向第二光学元件OP2反射。所述第二光学元件OP2(也称为光学元件OP2)接收反射射线IR2。所述光学元件OP2被配置成执行两个功能(包括朝向所述衬底W反射射线IR2)且透射从所述衬底W衍射的射线RE1。在实施例中，所述射线IR2可以一定角度被反射以产生入射到所述衬底W上的所述射线IR3。在实施例中，衍射射线RE1(例如，一阶衍射)由光学元件OP2朝向第三光学元件OP2透射。在实施例中，所述第三光学元件OP3可以类似于光学元件18(图3A中)或180(图7中)。

所述光学元件OP2被配置成在第一方向上(例如，朝向所述衬底W、或工具中的其它期望的元件)沿照射路径(例如，包括射线IR1和IR2)部分地反射所述束，并且在第二方向上(例如，朝向相机、信号传感器、或工具中的其它期望的元件)沿检测路径(例如，包括射线RE1和RE2)透射所述束。在实施例中，透射束RE1包括由对象的被照射的部分所引起的1阶衍射。例如，由所述衬底W上的待被测量其重叠的多个光栅所引起的1阶衍射。在实施例中，光学元件OP2可以是偏振分束器或非偏振分束器。在实施例中，光学元件OP2可以是反射镜。

参考图8和图9A至图9B，光学元件OP2包括被配置成将从所述照射源所接收的照射束朝向衬底反射的第一部分P1(或P11)。光学元件OP2也包括被配置成透射从所述衬底或从光学工具中的期望的位置反射的束的第二部分P2。在图8和图9A至图9B中，阴影部分是指所述第一部分且空白/白色部分是指所述第二部分。在实施例中，所述第一部分P1具有比所述第二部分P2更高的反射率系数，并且所述第二部分P2具有比所述第一部分P1更高的透射率系数。在本文中的论述中，为方便起见，所述第一部分和所述第二部分被称为P1和P2，但范围不限于这样的部分。替代地或另外，所述第一部分和所述第二部分可以分别是P11和P2。

在实施例中，第一部分P1对应于所述光学元件的从所述照射源接收所述束且进一步将所述束引导向待测量的衬底的区。在实施例中，所述第二部分P2对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的所述束的区。在实施例中，所述第二部分P2对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的所述束的一阶衍射的区，从而导致所述一阶衍射传递穿过所述光学元件。在实施例中，所述一阶衍射包括与所述衬底上的结构相关的足够信息。在实施例中，所述光学元件OP2可以不透射更高阶衍射或可以拒绝更高阶衍射。在实施例中，可以通过选择所述衬底的照射波长与光栅节距距离之间的比率来避免更高阶衍射。在实施例中，零阶可以被用于校准和设置所述量测系统。

参考图8和图9A，所述第一部分P1包括光学元件OP2的表面RS2的第一象限区和第三象限区，并且第二部分P2包括光学元件OP2的表面RS2的第二象限区和第四象限区。然而，本公开不限于特定象限或形状。例如，所述第一部分可以是P11且所述第二部分可以是P2，如图9B中示出的。在图9B中，所述第一部分P11可以是椭圆形的、部分地填充的相应的象限、并且位于相对的即相反的象限中。根据本公开，P1与P2部分或涂层之间的过渡区期望是尽可能小的以最大化照射光瞳填充，否则将存在吞吐量损失。因此，光学元件也需要准确对准，使得所述照射光不被过渡区截断。

在实施例中，所述第一部分P1可以对应于所述照射光瞳的形状。例如，照射光瞳形状可以由被配置成对所述照射光瞳进行成形的孔来控制，其中，仅所述照射光瞳的一部分发射辐射。图3C和图3D图示了示例孔形状。

在实施例中，所述第一部分P1可以具有介于51％至100％之间的反射率系数。在优选实施例中，反射率系数可以大于90％。在实施例中，所述第一部分P1包括被形成在玻璃衬底即玻璃基板上的反射涂层，其中，来自所述照射源的束入射到所述光学元件上。在实施例中，所述第二部分P2可以具有介于51％至100％之间的透射率系数。在优选实施例中，所述透射率系数可以大于90％。在实施例中，所述第二部分P2包括透明玻璃材料。在示例中，当所述第一部分P1具有90％的反射率和95％的透射率时，束的利用率将是大约0.9*0.95，即，0.855或85％，这显著地高于现有光学元件的25％。

在实施例中，所述反射涂层可以是金属涂层、介电涂层、或全内反射表面。在实施例中，所述反射涂层可以使用分束涂层方法或其它已知涂层方法形成。所述玻璃基板的示例可以是熔融石英基板、丙烯酸基板、介电反射镜、和用于光学用途的任何其它玻璃基板。在实施例中，所述反射涂层可以被施加在低铁玻璃的第一部分P1处，以使色调最小化且在背面具有抗反射涂层以消除双重反射。在实施例中，所述第一部分P1包括一个或更多个反射镜，所述一个或更多个反射镜被定位以接收来自所述照射源的束且将所述束反射至所述衬底或期望的位置。所述第一部分可以是具有全内反射表面的高反射涂层或不具有透射性的反射镜涂层即镜面涂层。

在实施例中，所述第二部分P2可以由透明玻璃材料上的高透射涂层形成、由除了两个接触/胶合透明玻璃材料之外没有涂层而形成、由用于束的纯透射的孔(例如，代替P11的椭圆形孔)形成，或由其组合形成。

在实施例中，光学元件OP2可以被形成为单体式部件，或被形成为立方体，其中，光学元件沿对角线包夹在立方体的两个半部之间。例如，涂覆有具备高反射率的第一部分P1和具备高透射率的第二部分P2的玻璃板可以沿玻璃立方体的对角线放置。所述玻璃立方体可以是由两个部分所形成的任何透明材料，例如，立方体的具有对角线面的第一半部和立方体的具有对角线面的第二半部。所述玻璃板可以沿所述对角线被镀在两个半部之间，由此形成所述光学元件。在实施例中，根据应用和可以用于安装光学元件的空间，所述光学元件可以被形成为呈不同形状和大小。

在实施例中，所述光学元件OP2被定位在距物镜的入射光瞳平面EP的指定范围DIST1(例如，参见图8和图10)内的距离处。在实施例中，所述指定范围可以是入射光瞳与场共轭平面之间的任何位置。在实施例中，所述指定范围DIST1可以尽可能接近于所述入射光瞳，除非在其间存在障碍物(例如，由于一些机械部件)。

在实施例中，可以在所述量测工具内的所述第一部分的涂层与所述入射光瞳EP(或共轭平面)之间指定所述指定范围DIST1。例如，在图8中，当光学元件OP2的表面RS2对角地设置时，所述第一部分P1距所述入射光瞳EP的最远点可以在期望的范围DIST1内，并且所述第一部分P1的最近点可以在期望的范围DIST1内。在实施例中，范围DIST1可以是从0(正好在光瞳共轭平面处)至介于光瞳与场共轭平面之间的任何位置。在示例量测工具中，距离DIST1可以在距将所述辐射引导至所述衬底W的物镜的所述入射光瞳EP的0至14.5mm之间。在实施例中，所述距离可以取决于所述透镜的焦距。在示例工具中，将所述照射束聚焦于所述入射光瞳(EP)处的焦距可以是100mm，并且所述光学元件被放置在距所述入射光瞳EP14.2mm处，这是因为这可能是在多个部件由于空间限制而开始彼此干涉之前可用的最短距离。

在实施例中，将第一部分P1与入射光瞳EP之间的距离维持在期望的范围DIST1中，以防止衍射射线RE1的削波即剪裁或渐晕。换句话说，距所述入射光瞳平面的指定范围DIST1是光学元件OP2在没有从所述衬底W衍射的束引起的衍射图案的边缘部分的渐晕(例如，模糊或切割)的情况下捕获所述衍射图案的距离(例如，如图10中所图示的)。在现有的50-50分束器中，它是一种简单均一束分光涂层，并且这种涂层处没有发生“削波/渐晕”，因此除空间限制之外，其部位无关紧要。然而，对于所述第一部分(例如，象限涂层)，由于其可以如光学系统中的孔那样起作用，因此在所述光学系统中，截断衍射束可能变得重要。

图10图示了根据实施例的针对给定源光瞳形状和基于象限的第一部分P1来改变介于所述光学元件OP2与所述入射光瞳EP之间的距离的示例效果。在本示例中，源SO具有如所示出的形状的照射光瞳，其中，白色部分指示辐射发射部分。如先前所论述的，照射束作为IR1和IR2行进，且由所述光学元件OP2接收。所述光学元件OP2的第一部分朝向衬底W反射多于80％的照射束IR2。反射束IR3传递穿过物镜的入射光瞳EP且束IR4(例如，成角度束)入射到具有光栅或其它结构的衬底W上。束IR4由于光栅而被衍射，从而使衍射束RE1具有衍射图案。所述衍射图案可以被图示为像素化图像，每个像素具有对应于由光栅引起的衍射效应(例如，包括1阶衍射)的值。衍射束RE1也传递穿过入射光瞳EP。

在图10中，图示了通过改变介于所述光学元件OP2与所述入射光瞳EP之间的距离DIST1而产生的不同图像I1、I2和I3的示例。图10中示出的图像I1、I2、I3是涂覆有涂层的光学元件平面RS2处的图像，例如四元涂层平面。也示出当所述光学元件被放置于距离D1处时所产生的示例性衍射图案DP1(暗部分)。例如，当光学元件OP2处于第一距离D1(具有在期望的范围DIST1之外的值)时，观测到第一衍射图案DP1。可以看出，在距离D1处，衍射图案DP1的多个部分(例如，VP1和VP2)在第三和第四象限之外，这指示了对应于部分VP1和VP2的束将不被透射穿过所述光学元件OP2的第二部分，也称为渐晕。图像I1示出在象限边界处，边缘部分(暗)由所述光学元件OP2的第一部分(例如，阴影部分P1)阻挡。由于边缘处的这样的阻挡，在象限边缘部分VP1和VP2处的衍射图案DP1中观测到渐晕。

另一方面，当所述光学元件OP2被定位在处于期望的范围DIST1内的距离D2处时，可以减少或消除这样的渐晕。例如，如在入射光瞳EP处所示出的，对于距离D2，所述图像I2暗(黑色)部分并未在象限边界处被切割且对应于所述照射SO的亮(白色)部分。换句话说，在入射光瞳EP处所观测到的SO的亮(白色)部分和对应的暗(黑色)部分在所述光学元件OP2的所述第二部分(例如，白色部分P2)内。因此，对应于所述源的束在衍射之后被透射穿过所述光学元件OP2的所述第二部分(例如，白色部分P2)。

在实施例中，当所述光学元件OP2被定位在距离D3(不同于D2)处时，该距离D3也在期望的范围DIST1内。将所述光学元件放置于距离D3处的优点是可以获得裕度M1来防止渐晕。这样的裕度(margin)还可以是有利的，这是因为将存在对所述量测工具的一个或更多个部件进行微小调整以改善测量(诸如改善重叠或CD)的空间。在图10中，距离D3处的图像示出相对于象限边界的裕度M1。如所示出的，暗(黑色)部分略微在相应的象限(例如，对应于第二部分P2的第2和第4象限)内。因此，在实施例中，可能期望距离D3。

光学元件OP2可以在不同应用中被实施，诸如被配置成测量经图案化的衬底的物理特性的量测工具，或作为光刻设备中的测量系统的一部分。例如，如图3A中示出的，所述光学元件15可以是根据本公开而配置的光学元件OP2。在另一示例中，如图7中示出的，光学元件150可以是根据本公开而配置的光学元件OP2。所述光学元件OP2在所述量测工具中的部位仅是示例性的。本领域普通技术人员可以将一个或更多个光学元件OP2放置于满足根据本公开而设置的配置的不同部位处。例如，光学元件OP2可以靠近于入射光瞳放置，并且另一个光学元件可以靠近于共轭平面(例如，图10中的CP)放置，在所述共轭平面处可以产生与所述入射光瞳处的图像类似的图像。在实施例中，所述光学元件位于距衬底附近的第一物镜的入射光瞳的指定距离内，或位于距沿检测路径远离所述衬底而定位的第二物镜的共轭平面的指定距离内。例如，第二光学元件OP2可以被放置于接收所述衬底的所述衍射图案的基于微衍射的重叠分支的共轭平面(例如，图10中的CP)处。

另外，在实施例中，所述光学元件可以是用于如图2A中示出的那样设置的光刻单元中的光学测量工具的部分。本公开不限于特定量测工具或光刻设备。

在实施例中，工具(例如，参见图3A和图7)包括用于接收被透射穿过光学元件OP2的第二部分P2的束的传感器。在实施例中，所述工具可以包括被配置成基于由传感器检测的衍射图案来测量经图案化的衬底的物理特性的处理器。例如，所述物理特性是以下各项中的至少一个：经图案化的衬底上的图案的临界尺寸，或经图案化的衬底的第一层与第二层上的图案之间的重叠。在实施例中，所述处理器可以被包括在计算机系统(例如，参见图11)中且被配置成从本文中的所述工具接收传感器数据。在实施例中，所述处理器可以被集成至工具本身中。本公开不限于处理器的特定部位。

因此，在实施例中，如本文中所论述的，系统可以被配置成包括：照射源；光学元件OP2；传感器，所述传感器被配置成接收由经图案化的衬底引起的衍射图案；以及处理器，所述处理器被配置成从传感器接收包括所述衍射图案的信号，并且通过分析包括所述衍射图案的所述信号来确定与经图案化的衬底相关联的重叠。

图11是根据实施例的示例计算机系统CS的框图。计算机系统CS可以用于控制图1中的光刻设备、在步骤P1010中确定重叠测量是否突破重叠即套刻阈值，或如步骤P1008-3中所论述的计算重叠即套刻误差。计算机系统CS包括用于通信信息的总线BS或其它通信机构和与总线BS联接以用于处理信息的处理器PRO(或多个处理器)。计算机系统CS也包括联接至总线BS以用于储存将要由处理器PRO执行的信息和指令的主存储器MM，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储。主存储器MM也可以用于在将要由处理器PRO执行的指令的执行期间储存暂时性变量或其它中间信息。计算机系统CS还包括联接至总线BS以用于储存用于处理器PRO的静态信息和指令的只读存储器(ROM)ROM或其它静态储存装置。提供诸如磁盘或光盘的储存装置SD，并且将其联接至总线BS以用于储存信息和指令。

计算机系统CS可以由总线BS联接至用于向计算机用户显示信息的显示器DS，诸如阴极射线管(CRT)，或平板或触控面板显示器。包括字母数字和其它按键的输入装置ID联接至总线BS以用于将信息和命令选择通信至处理器PRO。另一类型的用户输入装置是用于将方向信息和命令选择通信至处理器PRO且用于控制显示器DS上的光标移动的光标控制件CC，诸如鼠标、轨迹球或光标方向按键。这种输入装置典型地具有在两个轴(第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y))上的两个自由度，从而允许所述装置指定平面中的位置。触控面板(屏幕)显示器也可以用作输入装置。

根据一个实施例，本文中所描述的一种或多种方法的部分可以通过计算机系统CS响应于处理器PRO执行主存储器MM中所包括的一个或更多个指令的一个或更多个序列来执行。可以将这样的指令从另一计算机可读介质(诸如储存装置SD)读取至主存储器MM中。执行主存储器MM中所包括的指令序列使得处理器PRO执行本文中所描述的过程步骤。也可以采用呈多处理布置的一个或更多个处理器来执行主存储器MM中所包括的指令序列。在替代实施例中，可以代替或结合软件指令来使用硬联机电路。因此，本文中的描述不限于硬件电路与软件的任何特定组合。

如本文中所使用的术语“计算机可读介质”是指参与将指令提供至处理器PRO以供执行的任何介质。这种介质可以呈许多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如储存装置SD。易失性介质包括易失存储器，诸如主存储器MM。传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，包括包含总线BS的导线。传输介质也可以呈声波或光波的形式，诸如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间产生的声波或光波。计算机可读介质可以是非暂时性的，例如软盘、可挠性磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它实体介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储器芯片或卡匣。非暂时性计算机可读介质可以具有记录于其上的指令。在由计算机执行时，指令可以实施本文中所描述的特征中的任一个。暂时性计算机可读介质可以包括载波或其它传播电磁信号。

可以在将一个或更多个指令的一个或更多个序列承载至处理器PRO以供执行时涉及各种形式的计算机可读介质。例如，可初始地将指令承载于远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载至其易失存储器内，并且使用调制解调器经由电话线来发送指令。在计算机系统CS本地的调制解调器可以接收电话线上的数据，并且使用红外传输器将数据转换成红外信号。联接至总线BS的红外检测器可以接收红外信号中所承载的数据且将数据放置于总线BS上。总线BS将数据承载至主存储器MM，处理器PRO从所述主存储器MM获取且执行指令。由主存储器MM所接收的指令可以可选地在由处理器PRO执行之前或之后储存在储存装置SD上。

计算机系统CS也可以包括联接至总线BS的通信接口CI。通信接口CI提供对连接至局域网LAN的网络链路NDL的双向数据通信耦合。例如，通信接口CI可以是综合业务数字网(ISDN)卡或调制解调器以提供与相应的类型的电话线的数据通信连接。作为另一示例，通信接口CI可以是局域网(LAN)卡以提供与兼容LAN的数据通信连接。也可以实施无线链路。在任何这样的实施中，通信接口CI发送且接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。

网络链路NDL通常经由一个或更多个网络将数据通信提供至其它数据装置。例如，网络链路NDL可以由局域网LAN将连接提供至主计算机HC。这可以包括经由全球封包数据通信网络(现在通常称为“因特网”INT)来提供的数据通信服务。局域网LAN(因特网)都使用承载数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。经由各种网络的信号和在网络数据链路NDL上且经由通信接口CI的信号为输送信息的示例性载波形式，所述信号将数字数据承载至计算机系统CS且从所述计算机系统承载数字数据。

计算机系统CS可以由网络、网络数据链路NDL和通信接口CI发送消息和接收数据(包括程序代码)。在因特网示例中，主计算机HC可以由因特网INT、网络数据链路NDL、局域网LAN和通信接口CI传输用于应用程序的经请求程序代码。例如，一个这样的经下载的应用可以提供本文中所描述的方法的全部或部分。所接收的程序代码可以在其被接收时由处理器PRO执行，和/或储存在储存装置SD或其它非易失性储存器中以供稍后执行。以这种方式，计算机系统CS可以获得呈载波形式的应用代码。

图12是根据实施例的另一光刻投影设备(LPA)的示意图。

LPA可以包括源收集器模块SO、配置成调节辐射束B(例如EUV辐射)的照射系统(照射器)IL、支撑结构MT、衬底台WT和投影系统PS。

支撑结构(例如图案形成装置台)MT可构造成支撑图案形成装置(例如掩模或掩模版)MA且连接至被配置成准确地定位图案形成装置的第一定位器PM；

衬底台(例如晶片台)WT可以构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W且连接至被配置成准确地定位衬底的第二定位器PW。

投影系统(例如反射性投影系统)PS可以被配置成将通过图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

如这里所描绘的，LPA可以属于反射类型(例如采用反射型图案形成装置)。应注意，由于大多数材料在EUV波长范围内具吸收性，因此图案形成装置可以具有包括例如钼与硅的多重叠层的多层反射器。在一个示例中，多重叠层反射仪器有钼与硅的40个层对，其中，每个层的厚度为四分之一波长。可以利用X射线光刻来产生甚至更小的波长。由于大多数材料在EUV和x射线波长下具吸收性，因此图案形成装置形貌上的经图案化的吸收材料的薄件(例如，多层反射器的顶部上的TaN吸收器)限定特征将印制(正性抗蚀剂)或不印制(负性抗蚀剂)的位置。

照射器IL可以从源收集器模块SO接收极紫外辐射束。用于产生EUV辐射的方法包括但不必限于通过EUV范围内的一个或更多个发射谱线将材料转换是具有至少一种元素(例如，氙、锂或锡)的等离子体状态。在一种这样的方法(常常称为激光产生的等离子体(“LPP”))中，可以通过使用激光束来辐照燃料(诸如具有谱线发射元素的材料小滴、流或簇)来产生等离子体。源收集器模块SO可以是包括激光器(图11中未示出)的EUV辐射系统的部分，所述激光器用于提供激发燃料的激光束。得到的等离子体发射输出辐射(例如，EUV辐射)，所述输出辐射使用设置在源收集器模块中的辐射收集器进行收集。例如，当CO2激光器用于为燃料激发提供激光束时，激光器和源收集器模块可以是分立的实体。

在这样的情况下，可以不认为激光器形成光刻设备的部分，并且辐射束可以借助于包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统而从激光器传递至源收集器模块。在其它情况下，例如，当源是放电产生等离子体EUV产生器(常常称为DPP源)时，源可以是源收集器模块的组成部分。

照射器IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器。通常，可以调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如琢面场反射镜装置和琢面光瞳反射镜装置。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B可以入射到被保持在支撑结构(例如，图案形成装置台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由所述图案形成装置进行图案化。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，所述投影系统PS将束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器PS2(例如干涉测量装置、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便使不同的目标部分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PS1可以用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置(例如掩模)MA。可以使用图案形成装置对准标记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。

所描绘的设备LPA可以用于以下模式中的至少一种模式；步进模式、扫描模式和静止模式。

在步进模式下，在将被赋予至辐射束的整个图案一次性投影至目标部分C上时，使支撑结构(例如图案形成装置台)MT和衬底台WT保持基本上静止(例如单次静态曝光)。接着，使衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得可以曝光不同的目标部分C。

在扫描模式下，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，同步地扫描支撑结构(例如图案形成装置台)MT和衬底台WT(例如单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于支撑结构(例如图案形成装置台)MT的速度和方向。

在静止模式下，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，使支撑结构(例如图案形成装置台)MT保持基本上静止，从而保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描衬底台WT。在这样的模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WT的每个移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据需要来更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以易于应用于利用可编程图案形成装置(诸如上文提及的类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术。

图13是根据实施例的光刻投影设备的详细视图。

如所示出的，LPA可以包括源收集器模块SO、照射系统IL和投影系统PS。源收集器模块SO被构造且布置成使得可以在源收集器模块SO的围封结构220中维持真空环境。可以通过放电产生等离子体源而形成EUV辐射发射等离子体210。可以通过气体或蒸气(例如Xe气体、Li蒸气或Sn蒸气)来产生EUV辐射，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。例如，通过产生至少部分离子化等离子体的放电来产生非常热的等离子体210。为了辐射的有效产生，可能需要分压为例如10Pa的Xe、Li、Sn蒸气或任何其它合适的气体或蒸气。在实施例中，提供经激发的锡(Sn)等离子体以产生EUV辐射。

由热等离子体210发射的辐射经由定位在源腔室211中的开口中或后方的可选的气体屏障或污染物陷阱230(在一些情况下也称为污染物屏障或翼片阱)而从源腔室211传递至收集器腔室212中。污染物陷阱230可以包括通道结构。污染物陷阱230也可以包括气体屏障或气体屏障与通道结构的组合。如在本领域中已知，本文中进一步所指示的污染物陷阱或污染物屏障230至少包括通道结构。

收集器腔室211可以包括可以是所谓的掠入射收集器的辐射收集器CO。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。横穿收集器CO的辐射可以从光栅光谱滤波器240反射，以沿由点虚线“O”指示的光轴聚焦于虚拟源点IF中。虚拟源点IF通常称为中间焦点，并且源收集器模块被布置成使得中间焦点IF位于围封结构220中的开口221处或附近。虚拟源点IF为辐射发射等离子体210的图像。

随后，辐射横穿照射系统IL，所述照射系统IL可以包括布置成提供在图案形成装置MA处的辐射束21的期望的角分布以及在图案形成装置MA处的辐射强度的期望的均一性的琢面场反射镜装置22和琢面光瞳反射镜装置24。在由支撑结构MT保持的图案形成装置MA处反射辐射束21后，随即形成经图案化的束26，并且经图案化的束26通过投影系统PS经由反射元件28、30成像至由衬底台WT保持的衬底W上。

比所示出的元件更多的元件通常可以存在于照射光学器件单元IL和投影系统PS中。依赖于光刻设备的类型，光栅光谱滤波器240可以可选地存在。此外，可以存在比各图中示出的反射镜更多的反射镜，例如，在投影系统PS中可以存在比图12中示出的反射元件多1至6个的额外的反射元件。

如图12中所图示的收集器光学器件CO被描绘是具有掠入射反射器253、254和255的巢状式收集器，仅作为收集器(或收集器反射镜)的示例。掠入射反射器253、254和255经设置为围绕光轴O轴向对称，并且这种类型的收集器光学器件CO可以与常常称为DPP源的放电产生等离子体源组合使用。

图14是根据实施例的光刻投影设备LPA的源收集器模块SO的详细视图。

源收集器模块SO可以是LPA辐射系统的部分。激光器LA可以被布置成将激光能量沉积至诸如氙(Xe)、锡(Sn)或锂(Li)的燃料中，从而产生具有数10eV的电子温度的高度离子化等离子体210。在这些离子的去激发和再结合期间所产生的高能辐射从等离子体发射，由近正入射收集器光学器件CO收集，并且聚焦至围封结构220中的开口221上。

可以使用以下方面进一步描述实施例：

1.一种光学工具，包括：

照射源；

物镜，所述物镜被配置成将来自所述照射源的光引导至衬底或所述光学工具中的期望的位置；和

光学元件，所述光学元件包括：

第一部分，所述第一部分被配置成将从所述照射源接收的光朝向所述衬底反射，和

第二部分，所述第二部分被配置成透射从所述衬底或所述光学工具中的所述期望的位置反射的光，所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数，并且所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率系数。

2.根据方面1所述的光学工具，其中，所述光学元件被定位在距所述物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定范围内的一距离处，其中，所述指定范围在所述入射光瞳与共轭平面之间，并且所述距离是在所述第一部分上的点与所述入射光瞳或所述共轭光瞳之间被测量的。

3.根据方面2所述的光学工具，其中，距所述入射光瞳或共轭光瞳的所述指定范围是所述光学元件捕获由被从所述第一部分引导至所述衬底上且被从所述衬底衍射的光引起的衍射图案而不引起渐晕的范围。

4.根据方面1所述的光学工具，其中，所述第一部分具有介于51％至100％之间的反射率系数。

5.根据方面1至4中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括被形成在玻璃基板上的反射涂层，其中，来自所述照射源的光入射到所述光学元件上。

6.根据方面1至4中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括一个或更多个反射镜，所述一个或更多个反射镜被定位以接收来自所述照射源的光且将所述光反射至所述衬底或所述期望的位置。

7.根据方面1至6中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分具有介于51％至100％之间的所述透射率系数。

8.根据方面1至7中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分包括透明玻璃材料、在透明玻璃材料上的高透射涂层、接触在一起而无涂层的两种透明玻璃材料、或用于纯透射的孔。

9.根据方面1至8中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分对应于所述光学元件的接收来自所述照射源的光且进一步将所述光朝向待测量的所述衬底引导的区。

10.根据方面1至9中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的光的区。

11.根据方面10所述的光学工具，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的光的一阶衍射而导致所述一阶衍射传递穿过所述光学元件的的区。

12.根据方面1至11中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括所述光学元件的第一象限区和第三象限区；并且所述第二部分包括所述光学元件的第二象限区和第四象限区。

13.根据方面1至12中任一项所述的光学工具，还包括：

传感器，所述传感器用于接收透射穿过所述光学元件的所述第二部分的光。

14.根据方面13所述的光学工具，还包括：

处理器，所述处理器被配置成基于由所述传感器检测的衍射图案来测量经图案化的衬底的物理特性。

15.根据方面14所述的光学工具，其中，所述物理特性是以下各项中的至少一个：所述经图案化的衬底上的图案的临界尺寸、或所述经图案化的衬底的第一层与第二层上的图案之间的重叠。

16.根据方面1至15中任一项所述的光学工具，其中，所述光学元件位于距邻近所述衬底的第一物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定距离内，或位于距远离所述衬底定位的第二物镜的共轭光瞳的所述指定距离内。

17.根据方面1至16中任一项所述的光学工具，其中，所述光学元件为非偏振分束器或偏振分束器。

18.一种用于测量经图案化的衬底的重叠的系统，所述系统包括：

照射源，所述照射源用于照射经图案化的衬底；

光学元件，所述光学元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分被配置成反射从所述照射源接收的光，所述第二部分被配置成透射从所述经图案化的衬底反射的光，所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数，所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率系数；

传感器，所述传感器被配置成接收由所述经图案化的衬底引起的衍射图案；以及

处理器，所述处理器被配置成从所述传感器接收包括所述衍射图案的信号，并且通过分析包括所述衍射图案的所述信号来确定与所述经图案化的衬底相关联的重叠。

19.根据方面18所述的系统，其中，所述光学元件被定位在距所述物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定范围内的一距离处，其中，所述指定范围在所述入射光瞳与共轭平面之间，并且所述距离是在所述第一部分上的点与所述入射光瞳或所述共轭光瞳之间被测量的。

20.根据方面18所述的系统，其中，距所述入射光瞳或共轭光瞳的所述指定范围是所述光学元件捕获由被从所述第一部分引导至所述衬底上且被从所述衬底衍射的光引起的衍射图案而不引起渐晕的范围。

21.根据方面18所述的系统，其中，所述第一部分具有介于51％至100％之间的反射率系数。

22.根据方面18至21中任一项所述的系统，其中，所述第一部分包括被形成在玻璃基板上的反射涂层，其中，来自所述照射源的光入射到所述光学元件上。

23.根据方面18至21中任一项所述的系统，其中，所述第一部分包括一个或更多个反射镜，所述一个或更多个反射镜被定位以接收来自所述照射源的光且将所述光反射至所述衬底或所述期望的位置。

24.根据方面18至23中任一项所述的系统，其中，所述第二部分具有介于51％至100％之间的所述透射率系数。

25.根据方面18至24中任一项所述的系统，其中，所述第二部分包括透明玻璃材料、在透明玻璃材料上的高透射涂层、接触在一起而无涂层的两种透明玻璃材料、或用于纯透射的孔。

26.根据方面18至25中任一项所述的系统，其中，所述第一部分对应于所述光学元件的接收来自所述照射源的光且进一步将所述光朝向待测量的经图案化的衬底引导的区。

27.根据方面18至26中任一项所述的系统，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述经图案化的衬底反射的光的区。

28.根据方面27所述的系统，其中，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述经图案化的衬底反射的光的一阶衍射的区，从而导致所述一阶衍射传递穿过所述光学元件，所述一阶衍射包括与所述重叠相关的信息。

29.根据方面18至28中任一项所述的系统，其中，所述第一部分包括所述光学元件的第一象限区和第三象限区；并且所述第二部分包括所述光学元件的第二象限区和第四象限区。

30.根据方面18至29中任一项所述的系统，其中，所述光学元件位于距邻近所述衬底的第一物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定距离内，或位于距远离所述衬底定位的第二物镜的共轭光瞳的所述指定距离内。

本文中所公开的概念可以对用于使子波长特征成像的任何通用成像系统进行模拟或数学建模，并且尤其可以供能够产生越来越短波长的新兴成像技术使用。已经在使用中的新兴技术包括能够通过使用ArF激光器来产生193nm波长且甚至通过使用氟激光器来产生157nm波长的极紫外(EUV)、DUV光刻。此外，EUV光刻能够通过使用同步加速器或通过使用高能电子射到材料(固体或等离子体)来产生在20nm至50nm的范围内的波长，以便产生在该范围内的光子。

虽然上文已描述本公开的特定实施例，但应了解，可以以与所描述的方式不同的其它方式来实践本公开。虽然上文所描述的作为量测标记的示例结构为出于位置测量的目的而特定设计和形成的光栅结构，但在其它实施例中，可以在作为形成在衬底上的装置的功能部分的结构上测量位置。

许多装置具有规则类光栅结构。如本文中所使用的术语“标记”和“光栅结构”无需特定针对正执行的测量来提供结构。不透明层不是可能破坏通过观测呈常规波长的标记对标记的位置进行的测量的唯一种类的重叠结构。例如，表面粗糙度、或冲突的周期性结构可能干涉在一个或更多个波长下的测量。

与位置测量硬件和在衬底和图案形成装置上实现的合适的结构相关联，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令实施上文所图示的类型的测量方法以获得关于由重叠结构覆盖的标记的位置的信息。

这种计算机程序可以例如由专用于所述目的的处理器等来执行。也可以提供其中储存有这样的计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

虽然上文可以具体地参考在光学光刻术的情境下对本公开的实施例的使用，但应了解，本公开可以用于其它应用(例如，压印光刻术)中，并且在情境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产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入至被供应给衬底的抗蚀剂层中，在所述衬底上，抗蚀剂是通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而固化。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。

本文中所使用的术语“辐射”和“射束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有为或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在1至100nm的范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”在情境允许的情况下可以指各种类型的光学部件(包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件)中的任一个或组合。反射型部件很可能用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

本公开的广度和范围不应由上述示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据以下权利要求及其等效物来限定。

虽然本文中所公开的概念可以用于诸如硅晶片之类的衬底上，但应理解，所公开的概念可以与任何类型的光刻系统一起使用，例如，用于在除了硅晶片以外的衬底上成像的那些光刻系统。

以上描述旨在是说明性而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下如所描述的那样进行修改。

Claims (17)

1.一种光学工具，包括：

照射源；

物镜，所述物镜被配置成将来自所述照射源的光引导至衬底或所述光学工具中的期望的位置；和

光学元件，所述光学元件包括：

第一部分，所述第一部分被配置成将从所述照射源接收的光朝向所述衬底反射，和

第二部分，所述第二部分被配置成透射从所述衬底或所述光学工具中的所述期望的位置反射的光，所述第一部分具有比所述第二部分更高的反射率系数，并且所述第二部分具有比所述第一部分更高的透射率系数。

2.根据权利要求1所述的光学工具，其中，所述光学元件被定位在距所述物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定范围内的一距离处，其中，所述指定范围在所述入射光瞳与共轭平面之间，并且所述距离是在所述第一部分上的点与所述入射光瞳或所述共轭光瞳之间被测量的。

3.根据权利要求2所述的光学工具，其中，距所述入射光瞳或共轭光瞳的所述指定范围是所述光学元件捕获由被从所述第一部分引导至所述衬底上且被从所述衬底衍射的光引起的衍射图案而不引起渐晕的范围。

4.根据权利要求1所述的光学工具，其中，所述第一部分具有介于51％至100％之间的反射率系数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括被形成在玻璃基板上的反射涂层，其中，来自所述照射源的光在反射涂层处入射到所述光学元件上。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括一个或更多个反射镜，所述一个或更多个反射镜被定位以接收来自所述照射源的光且将所述光反射至所述衬底或所述期望的位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分具有介于51％至100％之间的所述透射率系数。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分包括透明玻璃材料、在透明玻璃材料上的高透射涂层、接触在一起而无涂层的两种透明玻璃材料、或用于纯透射的孔。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分对应于所述光学元件的接收来自所述照射源的光且进一步将所述光朝向待测量的所述衬底引导的区。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的光学工具，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的光的区。

11.根据权利要求10所述的光学工具，其中，所述第二部分对应于所述光学元件的接收从所述衬底反射的光的一阶衍射而导致所述一阶衍射传递穿过所述光学元件的的区。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的光学工具，其中，所述第一部分包括所述光学元件的第一象限区和第三象限区；并且所述第二部分包括所述光学元件的第二象限区和第四象限区。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的光学工具，还包括：

传感器，所述传感器用于接收透射穿过所述光学元件的所述第二部分的光。

14.根据权利要求13所述的光学工具，还包括：

处理器，所述处理器被配置成基于由所述传感器检测的衍射图案来测量经图案化的衬底的物理特性。

15.根据权利要求14所述的光学工具，其中，所述物理特性是以下各项中的至少一个：所述经图案化的衬底上的图案的临界尺寸、或所述经图案化的衬底的第一层与第二层上的图案之间的重叠。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的光学工具，其中，所述光学元件位于距邻近所述衬底的第一物镜的入射光瞳或共轭光瞳的指定距离内，或位于距远离所述衬底定位的第二物镜的共轭光瞳的所述指定距离内。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的光学工具，其中，所述光学元件为非偏振分束器或偏振分束器。