定位系统、光刻设备、绝对位置确定方法和器件制造方法与流程

定位系统、光刻设备、绝对位置确定方法和器件制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年11月24日提交的ep申请20209459.5的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种用于确定可移动目标相对于参考的绝对位置的定位系统。本发明还涉及一种包括这种定位系统的光刻设备。本发明还涉及一种用于确定可移动目标相对于参考的绝对位置的方法以及一种用于使用光刻设备制造器件的方法。


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制造集成电路(ic)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)的图案(通常也被称为“设计布局”或“设计”)投射到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)上。
5.随着半导体制造工艺的不断进步，电路元件的尺寸不断减小，而每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量在几十年内稳定增加，遵循通常被称为
‘
摩尔定律’的趋势。为了跟上摩尔定律，半导体工业正在追求使得能够产生越来越小的特征的技术。为了将图案投射在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定在衬底上被图案化的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在范围4nm至20nm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更小的特征。
6.光刻设备通常包括一个或多个定位系统以定位物体，诸如图案形成装置的支撑件、衬底支撑件或投射系统或照射系统的光学元件。这种定位系统通常包括可以是外差类型的干涉仪。
7.在外差干涉仪中，光源用于产生频率差相对较小的一对光束，该频率差可以被称为分频。两个光束的第一部分被分出并且使两个第一部分干涉，此后，通过参考检测器检测干涉结果的功率，同时允许光束中的一个光束的第二部分沿着参考路径行进，并且允许另一光束的第二部分沿着测量路径行进。使两个第二部分都干涉，并且通过测量检测器检测干涉结果的功率。通过评估来自测量检测器的输出信号并且将其与来自参考检测器的输出信号进行比较，可以获得关于测量路径和参考路径的光程长度差的信息，可以根据该信息获得目标在测量路径中的位置信息。
8.干涉仪经常需要校准，例如，以获得关于目标的绝对位置的信息。在静态或接近静态的干涉仪应用中使用的校准方法不适合用于移动应用或需要对干涉仪系统进行复杂调整或需要其复杂特性。用于移动应用的当前校准方法通常涉及同时使用多个光源频率。


技术实现要素：

9.考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种使用干涉仪系统对可移动目标的绝对
位置进行的易于使用的校准。
10.根据本发明的一个实施例，提供了一种用于确定可移动目标相对于参考的绝对位置的定位系统，包括：
[0011]-测量系统，用于测量可移动目标的位置；
[0012]-致动器系统，用于移动可移动目标；以及
[0013]-控制单元，用于控制测量系统和致动器系统，
[0014]
其中测量系统包括干涉仪系统，该干涉仪系统具有第一光源、第二光源和光学器件系统，该第一光源被配置为以固定频率发射光束，该第二光源被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出第二光束，并且该光学器件系统被配置为：允许第一光束的一部分与可移动目标相互作用而第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且允许第二光束的一部分与可移动目标相互作用而第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进，
[0015]
并且其中控制单元被配置为通过以下步骤来确定可移动目标相对于参考的绝对位置：
[0016]
a.移动可移动目标；
[0017]
b.驱动第二光源，使得在移动可移动目标的一个或多个部分期间，第二光束具有第一频率，并且在移动可移动目标的一个或多个其他部分期间，第二光束具有第二频率；
[0018]
c.确定其中第二光源具有第一频率的至少两个第一时间点；
[0019]
d.确定其中第二光源具有第二频率的至少两个第二时间点；
[0020]
e.针对至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第一相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间相位差确定的；
[0021]
f.针对至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第二相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间的相位差确定；
[0022]
g.推断通过第一相位差拟合的第一曲线和推断通过第二相位差拟合的第二曲线；以及
[0023]
h.确定所推断出的第一曲线和所推断出的第二曲线的交叉点，以便确定可移动目标相对于参考的绝对位置。
[0024]
根据本发明的另一实施例，提供一种光刻设备，包括可移动目标和根据本发明的定位系统。
[0025]
根据本发明的另一实施例，提供了一种用于使用干涉仪系统来确定可移动目标相对于参考的绝对位置的方法，该干涉仪系统具有第一光源和第二光源，该第一光源被配置为以固定频率发射光束，该第二光源被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出第二光束，其中第一光束的一部分与可移动目标相互作用而第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，其中第二光束的一部分与可移动目标相互作用而第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且其中该方法包括以下步骤：
[0026]
a.移动可移动目标；
[0027]
b.驱动第二光源，使得在步骤a的一部分期间，第二光束具有第一频率，而在步骤a
的另一部分期间，第二光束具有第二频率；
[0028]
c.确定其中第二光源具有第一频率的至少两个第一时间点；
[0029]
d.确定其中第二光源具有第二频率的至少两个第二时间点；
[0030]
e.针对至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第一相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间的相位差确定；
[0031]
f.针对至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第二相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间的相位差确定；
[0032]
g.推断通过第一相位差拟合的第一曲线和推断通过第二相位差拟合的第二曲线；以及
[0033]
h.确定所推断出的第一曲线和所推断出的第二曲线的交叉点，以便确定可移动目标相对于参考的绝对位置。
[0034]
根据本发明的又一实施例，提供了一种器件制造方法，其中使用根据本发明的光刻设备。
[0035]
根据本发明的又一实施例，提供了一种适用于根据本发明的定位系统的外差干涉仪或外差干涉仪系统或外差编码器系统。这种外差干涉仪系统可以包括：
[0036]-第一光源，被配置为以固定频率发射光束；
[0037]-第二光源，被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出第二光束；
[0038]-光学器件系统，被配置为：允许第一光束的一部分与可移动目标相互作用而第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且允许第二光束的一部分与可移动目标相互作用而第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进；以及
[0039]-控制单元，
[0040]
其中控制单元被配置为通过以下步骤来确定可移动目标相对于参考的绝对位置：
[0041]
a.驱动第二光源，使得在移动可移动目标的一个或多个部分期间，第二光束具有第一频率，而在移动可移动目标的一个或多个其他部分期间，第二光束具有第二频率；
[0042]
b.确定其中第二光源具有第一频率的至少两个第一时间点；
[0043]
c.确定其中第二光源具有第二频率的至少两个第二时间点；
[0044]
d.针对至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第一相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间的相位差确定；
[0045]
e.针对至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定作为可移动目标的位置的函数的第二光束的各部分之间的第二相位差，该可移动目标的位置由第一光束的各部分之间的相位差确定；
[0046]
f.推断通过第一相位差拟合的第一曲线和推断通过第二相位差拟合的第二曲线；以及
[0047]
g.确定所推断出的第一曲线和所推断出的第二曲线的交叉点，以便确定可移动目标相对于参考的绝对位置。
附图说明
[0048]
现在，参考所附示意图仅通过示例对本发明的实施例进行描述，在附图中：
[0049]-图1描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备的示意性概图；
[0050]-图2描绘了图1的光刻设备的一部分的详细视图；
[0051]-图3示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的作为定位系统的一部分的位置控制系统；
[0052]-图4示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的外差干涉仪或外差干涉仪系统；
[0053]-图5示意性地描绘了响应于经连续调制的第二光源，相对于图4的外差干涉仪系统的固定目标的作为时间函数的相位差示图；
[0054]-图6示意性地描绘了具有用于确定可移动目标的绝对位置的作为可移动目标的位置的函数的图5所示的第二光源的不同频率处的相位差的示图；
[0055]-图7示意性地描绘了指示第二光源随时间使用三个频率的示图；
[0056]-图8示意性地描绘了具有用于确定可移动目标的绝对位置的作为可移动目标的位置的函数的图7所示的第二光源的不同频率处的相位差的示图；以及
[0057]-图9示意性地指示确定所推断出的曲线的交叉点的两种不同情形。
具体实施方式
[0058]
在本文档中，术语“辐射”和“射束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，其中波长为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和euv辐射(极紫外辐射，例如，具有在约5nm与100nm范围中的波长)。
[0059]
如该上下文中所采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地被解释为是指可以用于使入射辐射束具有经图案化的横截面的通用图案形成装置，该横截面与要在衬底的目标部分中产生的图案相对应。在该上下文中，还可以使用术语“光阀”。除经典掩模(透射式掩模或反射式掩模；二元掩模、相移掩模、混合掩模等)以外，其他这种图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程lcd阵列。
[0060]
图1示意性地描绘了光刻设备la。该光刻设备la包括：照射系统(还被称为照射器)il，被配置为调节辐射束b(例如，uv辐射、duv辐射、或euv辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)mt，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)ma并且连接到第一定位器pm，该第一定位器pm被配置为根据某些参数精确定位图案形成装置ma；衬底支撑件(例如，晶片台)wt，被构造为保持衬底(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被配置为根据某些参数精确定位衬底；以及投射系统(例如，折射投射透镜系统)ps，被配置为通过图案形成装置ma将赋予辐射束b的图案投射到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个管芯)上。
[0061]
操作时，照射系统il例如经由射束传输系统bd从辐射源so接收辐射束。照射系统il可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型部件、反射型部件、磁性型部件、电磁型部件、静电型部件、和/或其他类型的光学部件、或其任何组合，用于引导、整形或控制辐射。照射器il可以用于调节辐射束b，以使其在图案形成装置ma的平面处在其横截面中具有期望的空间和角度强度分布。
[0062]
本文中所使用的术语“投射系统”应当以广义方式被解释为涵盖任何类型的投射
系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统、反折射型光学系统、变形型光学系统、磁性型光学系统、电磁型光学系统和/或静电型光学系统，或它们的任何组合，视正在使用的曝光辐射和/或诸如使用浸没液体或使用真空的其他因素而定。本文中的术语“投射透镜”的任何使用可以被认为是与更一般的术语“投射系统”ps同义。
[0063]
光刻设备la可以是这样的类型，其中衬底的至少一部分可以被折射率相对较高的液体(例如，水)覆盖，以便填充投射系统ps与衬底w之间的空间，这也被称为浸没光刻。在us6952253中给出关于浸没技术的更多信息，其通过引用并入本文。
[0064]
光刻设备la还可以是具有两个或更多个衬底支撑件wt(还被称为“双载物台”)的类型。在这种“多载物台”机器中，可以并行使用衬底支撑件wt，和/或可以在位于衬底支撑件wt中的一个衬底支撑件上的衬底w上执行准备后续曝光衬底w的步骤，同时另一衬底支撑件wt上的另一衬底w正在用于曝光另一衬底w上的图案。
[0065]
除衬底支撑件wt之外，光刻设备la还可以包括测量载物台。测量载物台被布置为保持传感器和/或清洁设备。传感器可以被布置为测量投射系统ps的特性或辐射束b的特性。测量载物台可以容纳多个传感器。清洁设备可以被布置为清洁光刻设备的一部分，例如，投射系统ps的一部分或提供浸没液体的系统的一部分。当衬底支撑件wt远离投射系统ps时，测量载物台可以在投射系统ps下面移动。
[0066]
操作时，辐射束b入射在被保持在掩模支撑件mt上的图案形成装置(例如，掩模)ma上，并且通过存在于图案形成装置ma上的图案(设计布局)被图案化。在已经横穿图案形成装置ma之后，辐射束b穿过投射系统ps，该投射系统ps将射束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置测量系统if，可以精确移动衬底支撑件wt，例如，以便将辐射束b的路径中的不同的目标部分c定位在经聚焦和对准的位置处。同样，第一定位器pm以及可能的另一位置传感器(图1中未明确描绘)可以用于相对于辐射束b的路径精确定位图案形成装置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ma和衬底w。尽管如所图示的衬底对准标记p1、p2占据专用的目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记p1、p2位于目标部分c之间时，它们被称为划线道对准标记。
[0067]
为了阐明本发明，使用笛卡尔坐标系。笛卡尔坐标系具有三个轴，即，x轴、y轴和z轴。这三个轴中的每个轴都与其他两个轴正交。围绕x轴的旋转被称为rx旋转。围绕y轴的旋转被称为ry旋转。围绕z轴的旋转被称为rz旋转。x轴和y轴限定水平面，而z轴在垂直方向上。笛卡尔坐标系不限制本发明，并且仅用于说明。相反，可以使用诸如柱坐标系之类的另一坐标系来阐明本发明。笛卡尔坐标系的方位可能不同，例如，使得z轴具有沿水平面的分量。
[0068]
图2示出了图1的光刻设备la的一部分的更详细的视图。光刻设备la可以设置有底架bf、平衡块bm、量测架mf和振动隔离系统is。量测架mf支撑投射系统ps。附加地，量测架mf可以支撑位置测量系统pms的一部分。量测架mf经由振动隔离系统is由底架bf支撑。振动隔离系统is被布置为防止或减少振动从底架bf传播到量测架mf。
[0069]
第二定位器pw被布置为通过在衬底支撑件wt与平衡块bm之间提供驱动力来加速衬底支撑件wt。驱动力在期望方向上加速衬底支撑件wt。由于动量守恒，所以驱动力也以相等幅度但以与期望方向相反的方向施加到平衡块bm。通常，平衡块bm的质量明显大于第二
定位器pw的移动部分和衬底支撑件wt的质量。
[0070]
在一个实施例中，第二定位器pw由平衡块bm支撑。例如，其中第二定位器pw包括平面电机，以让衬底支撑件wt悬浮在平衡块bm上方。在另一实施例中，第二定位器pw由底架bf支撑。例如，其中第二定位器pw包括线性电机，并且其中第二定位器pw包括轴承，如气体轴承，以让衬底支撑件wt悬浮在底架bf上方。
[0071]
位置测量系统pms可以包括任何类型的传感器，该传感器适于确定衬底支撑件wt的位置。位置测量系统pms可以包括任何类型的传感器，该传感器适于确定掩模支撑件mt的位置。传感器可以是诸如干涉仪或编码器之类的光学传感器。位置测量系统pms可以包括干涉仪和编码器的组合系统。传感器可以是另一类型的传感器，诸如磁传感器、电容传感器或电感传感器。位置测量系统pms可以确定相对于参考(例如，量测框架mf或投射系统ps)的位置。位置测量系统pms可以通过测量位置或通过测量位置的时间导数(诸如速度或加速度)来确定衬底台wt和/或掩模支撑件mt的位置。
[0072]
位置测量系统pms可以包括编码器系统。例如，从于2006年9月7日提交的美国专利申请us2007/0058173a1中得知一种编码器系统，该申请在此通过引用并入。该编码器系统包括编码器头、光栅和传感器。编码器系统可以接收初级辐射束和次级辐射束。初级辐射束和次级辐射束两者均源自相同的辐射束，即，原始辐射束。通过使用光栅衍射原始辐射束产生初级辐射束和次级辐射束中的至少一个辐射束。如果通过使用光栅衍射原始辐射束来产生初级辐射束和次级辐射束两者，则初级辐射束需要具有与次级辐射束不同的衍射级。不同的衍射级例如是+1级、-1级、+2级和-2级。编码器系统将初级辐射束和次级辐射束光学组合为组合辐射束。编码器头中的传感器确定组合辐射束的相位或相位差。传感器基于相位或相位差来生成信号。该信号表示编码器头相对于光栅的位置。编码器头和光栅中的一者可以被布置在衬底结构wt上。编码器头和光栅中的另一者可以被布置在量测架mf或底架bf上。例如，多个编码器头被布置在量测架mf上，而光栅被布置在衬底支撑件wt的顶部表面上。在另一示例中，光栅被布置在衬底支撑件wt的底部表面上，而编码器头被布置在衬底支撑件wt下方。
[0073]
位置测量系统pms可以包括干涉仪系统。可以从例如于1998年7月13日提交的美国专利us6,020,964中得知一种干涉仪系统，该专利在此通过引用并入。该干涉仪系统可以包括分束器、反射镜、参考反射镜和传感器。辐射束被分束器分裂成参考射束和测量射束。测量射束传播到反射镜并且被反射镜反射回到分束器。参考射束传播到参考反射镜并且被参考反射镜反射回到分束器。在分束器处，测量射束和参考射束被组合为组合辐射束。组合辐射束入射在传感器上。传感器确定组合辐射束的相位或频率。传感器基于相位或频率来生成信号。该信号表示反射镜的位移。在一个实施例中，反射镜连接到衬底支撑件wt。参考反射镜可以连接到量测架mf。在一个实施例中，测量射束和参考射束通过附加光学部件而不是分束器被组合为组合辐射束。
[0074]
第一定位器pm可以包括长行程模块和短行程模块。短行程模块被布置为相对于长行程模块在小的移动范围内以高精度移动掩模支撑件mt。长行程模块被布置为相对于投射系统ps在大的移动范围内以相对较低的精度移动短行程模块。通过长行程模块和短行程模块的组合，第一定位器pm能够在大的移动范围内相对于投射系统ps以高精度移动掩模支撑件mt。同样，第二定位器pw可以包括长行程模块和短行程模块。短行程模块被布置为相对于
长行程模块在小移动范围内以高精度移动衬底支撑件wt。长行程模块被布置为相对于投射系统ps在大的移动范围内以相对较低的精度移动短行程模块。通过长行程模块和短行程模块的组合，第二定位器pw能够在大的移动范围上相对于投射系统ps以高精度移动衬底支撑件wt。
[0075]
第一定位器pm和第二定位器pw中的每个定位器都设置有致动器，以分别移动掩模支撑件mt和衬底支撑件wt。该致动器可以是线性致动器，以沿着单个轴线(例如，y轴)提供驱动力。可以应用多个线性致动器以沿着多个轴线提供驱动力。致动器可以是平面致动器，以沿着多个轴线提供驱动力。例如，平面致动器可以被布置为在6个自由度上移动衬底支撑件wt。致动器可以是电磁致动器，该电磁致动器包括至少一个线圈和至少一个磁体。该致动器被布置为通过向至少一个线圈施加电流来相对于至少一个磁体移动至少一个线圈。致动器可以是动磁式致动器，该动磁式致动器具有至少一个磁体，该至少一个磁体分别耦合到衬底支撑件wt和掩模支撑件mt。致动器可以是动圈式致动器，该动圈式致动器具有至少一个线圈，该至少一个线圈分别耦合到衬底支撑件wt和掩模支撑件mt。致动器可以是音圈致动器、磁阻致动器、洛伦兹致动器或压电致动器、或任何其他合适的致动器。
[0076]
光刻设备la包括如图3所示的位置控制系统pcs。位置控制系统pcs包括设定点生成器sp、前馈控制器ff和反馈控制器fb。位置控制系统pcs向致动器act提供驱动信号。致动器act可以是第一定位器pm或第二定位器pw的致动器。致动器act驱动设备p，该设备p可以包括衬底支撑件wt或掩模支撑件mt。设备p的输出是位置量，诸如位置或速度或加速度。使用位置测量系统pms测量位置量。位置测量系统pms生成信号，该信号是表示设备p的位置量的位置信号。设定点生成器sp生成信号，该信号是表示设备p的期望位置量的参考信号。例如，参考信号表示衬底支撑件wt的期望轨迹。参考信号与位置信号之间的差异形成反馈控制器fb的输入。基于该输入，反馈控制器fb为致动器act提供驱动信号的至少一部分。参考信号可以形成前馈控制器ff的输入。基于该输入，前馈控制器ff为致动器act提供驱动信号的至少一部分。前馈ff可以利用关于设备p的动态特点的信息，诸如质量、刚度、共振模式和本征频率。
[0077]
图4示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的作为上文所提及的位置测量系统pms的一部分的外差干涉仪或外差干涉仪系统hi。
[0078]
干涉仪hi包括多个光源，本文中是两个光源ls1和ls2。光源ls1和ls2可以是提供预定频率的相应相干光束的激光源。
[0079]
每个光源ls1和ls2具有相关联的移频器fs1、fs2，该移频器fs1、fs2输出由它们相应的频率表示的相应的一对光束，并且导致每对光束具有如下表1所示的不同的分频。
[0080]
表1：移频器和光束概况：
[0081]
移频器第一光束的频率第二光束的频率分频fs1f1f1+δf1δf1fs2f2f2+δf2δf2
[0082]
多个光束通过光学元件lbc而被组合，例如以这样的方式，即，每个第一光束被正交偏振到对应的第二光束，并且被导向分束器bs。分束器bs被配置为经由光学组件oa将每个光束分裂成指向参考检测器rd的第一部分和指向第一测量检测器md1或第二测量检测器md2的第二部分。
[0083]
在该实施例中，光学组件oa包括光学元件oe和参考反射镜rm。当将由第一移频器提供的光束称为第一对光束而将由第二移频器提供的光束称为第二对光束时，光学元件oe从分束器bs接收四种不同的光束，即：
[0084]-第一对光束中的第一光束的第二部分，备选地被称为第一参考射束；
[0085]-第一对光束中的第二光束的第二部分，备选地被称为第一测量射束；
[0086]-第二对光束中的第一光束的第二部分，备选地被称为第二参考射束；以及
[0087]-第二对光束中的第二光束的第二部分，备选地被称为第二测量射束。
[0088]
光学组件oa被配置为允许第一参考射束的一部分和第二参考射束的一部分沿着具有固定光程长度的参考路径朝向第一测量检测器md1行进，并且允许第一参考射束的另一部分和第二参考射束的另一部分沿着具有固定光程长度的参考路径朝向第二测量检测器md2行进。在图4的示意性示例中，通向第一测量检测器md1的参考路径在分束器bs处开始，经由光学元件oe延伸到参考反射镜rm，返回到光学元件oe，并且在第一测量检测器md1上结束。通向第二测量检测器md2的参考路径在分束器bs处开始，经由光学元件oe延伸到参考反射镜rm，返回到光学元件oe，并且在第二测量检测器md2上结束。
[0089]
光学组件oa还被配置为允许第一测量射束的一部分和第二测量射束的一部分沿着包括可移动目标ta的测量路径朝向第一测量检测器md1行进，并且允许第一测量射束的另一部分和第二测量射束的另一部分沿着包括固定目标ft的测量路径朝向第二测量检测器md2行进。在图4的示意性示例中，包括可移动目标ta的测量路径在分束器bs处开始，经由光学元件oe延伸到可移动目标ta，返回到光学元件oe，并且在第一测量检测器md1上结束。包括固定目标ft的测量路径在分束器bs处开始，经由光学元件oe延伸到固定目标ft，返回到光学元件oe，并且在第二测量检测器md2上结束。
[0090]
光学元件oe可以是或包括一个或多个偏振分束器以执行如上文所描述的功能。
[0091]
还可以设想其他参考路径和测量路径。在一个示例中，第一测量射束和第二测量射束的各部分不是一次而是多次分别指向可移动目标ta和固定目标ft。光学组件oa、分束器bs和可能的光学元件lbc可以被称为光学器件系统，该光学器件系统被配置为接收具有不同分频的相应光束对并且将光束的至少一部分引向至少一个检测器。
[0092]
本文中，应当明确指出，高度示意性地描绘整个外差干涉仪或外差干涉仪系统(具体地，光学器件系统和检测器)，并且出于清楚的原因，可以省略元件。例如，既没有单独描绘在允许正交偏振的第一射束和第二射束在检测器处干涉的检测器之前适当布置的偏振选择元件，也没有描绘通常存在于如光学元件oe和/或偏振分束器之类的光学元件与目标ta之间以及如光学元件oe和/或偏振分束器之类的光学元件与参考反射镜rm之间的任何四分之一波片。也可以省略外差干涉测量领域的技术人员已知的其他光学元件，但是可以存在用于实现外差干涉仪或外差干涉仪系统hi的适当运转。此外，作为一个示例，在更为复杂的配置中，每个光源可以具有单独的射束传输设备，每个射束传输设备包括每个光源的单独的参考检测器。
[0093]
表征特征是参考路径和测量路径不同，使得可以测量路径之间的差异的改变。在如可移动目标ta之类的可移动目标的情况下，可以测量光程长度差的改变，从而允许测量可移动目标ta的位置改变。在如固定目标ft之类的静态目标的情况下，环境条件的差异可以是可测量的，例如，折射率的改变；并且/或者光源ls1、ls2的频率稳定性可以是可测量
的，比如，通过测量波长的改变。还可以设想，测量路径使得当可移动目标ta发生位移或环境条件发生改变时，光束被多次引导到可移动目标或固定目标，并且被其反射，以增加光程长度并且引起光程长度的差异。
[0094]
向处理单元pu提供参考检测器rd、第一测量检测器md1和第二测量检测器md2的输出信号。还应当设想，每个检测器rd、md1、md2提供单独的处理单元pu。
[0095]
现在，参考图5至图9对根据图4的干涉仪系统hi的不同实施例的处理单元pu的不同操作进行描述。
[0096]
在一个实施例中，第一光源ls1是稳定激光源，例如，氦氖激光器。
[0097]
在一个实施例中，第二光源ls2是可以被连续调制的可调谐激光源。处理单元pu可以被配置为根据第二测量检测器md2的输出信号来确定第一测量射束的部分与第一参考射束的部分之间的相位差以及第二测量射束的部分与第二参考射束的部分之间的相位差，并且确定这两个相位差之间的差。这两个相位差之间的差di在图5中被描绘为时间的函数。由于第一光源ls1是以固定频率发射光的稳定激光源的事实以及固定目标ft为参考路径和测量路径两者提供恒定的光程长度的事实，所以差di提供第二光源ls2的频率的指示。因此，当差di对于两个不同时间点具有相同的值时，第二光源ls2的频率对于这两个不同时间点也相同。图5还描绘了指示差di的不同值水平的九条水平线。其中特定线与差di示图相交的时间点形成其中第二光源ls2的频率相同的一组时间点。因此，每条线与第二光源ls2的不同频率相对应。
[0098]
当可移动目标ta在图5所描绘的时间段内移动时，处理单元pu可以使用第一测量检测器md1的输出信号以确定第一测量射束的一部分与第一参考射束的一部分之间的相位差，并且确定第二测量射束的一部分与第二参考射束的一部分之间的相位差。图6描绘了作为与第一测量射束和第一参考射束有关的相位差的函数的与第二测量射束和第二参考射束有关的相位差pd。图6中描绘的点描绘了如图5中确定的图表上的不同时间点。通过属于图5的同一条线的点拟合曲线得到图6中与第二光源ls2的9个不同频率有关的9条曲线。
[0099]
当向左推断图6中的九条线时，九条线会聚，并且可以确定其中九条线同时交叉的交叉点cp。该交叉点cp的位置提供了可移动目标ta的零绝对位置，从而允许确定可移动目标相对于零绝对位置的绝对位置。零绝对位置例如可以是测量路径的光程长度等于参考路径的光程长度。或者，当从这些值中减去参考相位差时，零绝对位置可以与可移动目标ta的光程差等于固定目标ft的光程差的情形相对应。
[0100]
图7描绘了根据另一实施例的作为其中可移动目标ta被移动的时间段t1至t6之间的时间的函数的图4的第二光源ls2的频率。在第一时间点t1和t2之间，第二光源ls2具有第一频率f1。在第二时间点t3至t4之间，第二光源ls2具有第二频率f2。在第三时间点t5至t6之间，第二光源ls2具有第三频率f3。第二光源ls2可以是如上文针对图5和图6所描述的可调谐激光源，但是第二光源ls2也可以是可切换激光源。
[0101]
处理单元pu可以被配置为确定第一时间点、第二时间点和第三时间点、或相应时间间隔期间的任何其他时间点。对于所确定的时间点t1至t6中的每个时间点，处理单元pu被配置为确定第一测量检测器md1上的第二测量射束的一部分与第二参考射束的一部分之间的相位差以及第一测量检测器md1上的第一测量射束的一部分与第一参考射束的一部分之间的相应相位差。这意味着对于第一时间点t1、t2，第一相位差pd1，t1和pd1，t2分别被确
定为使用第一测量射束和第一参考射束确定的可移动目标ta的位置的函数。这进一步意味着对于第二时间点t3、t4，第二相位差pd2，t3和pd，t4分别被确定为使用第一测量射束和第一参考射束确定的可移动目标ta的位置的函数。这也意味着对于第三时间点t5、t6，第三相位差pd3，t5和pd3，t6分别被确定为使用第一测量射束和第一参考射束确定的可移动目标ta的位置的函数。在图8的示图中标绘第一相位差、第二相位差和第三相位差作为使用第一测量射束和第一参考射束确定的可移动目标ta的位置的函数。可以在第一相位差、第二相位差和第三相位差中的每个相位差之间绘制直线，以分别形成第一曲线cu1、第二曲线cu2和第三曲线cu3。推断第一曲线cu1、第二曲线cu2和第三曲线cu3允许确定交叉点cp，其中所有三条曲线交叉并且用作零绝对位置，从而允许确定可移动目标ta的绝对位置。
[0102]
尽管图7和图8的示例仅使用第二光源ls2的每个频率的两个时间点，但是应当明白，可以使用多于两个时间点。
[0103]
尽管图7和图8的示例使用第二光源ls2的三个不同频率，但是应当明白，处理单元pu已经能够仅使用两个不同频率来确定交叉点cp，但是也可以使用多于三个的不同频率，比如，如图5所示，其中使用了经连续调制的激光源的九个不同频率。
[0104]
图9描绘了其中使用9个不同频率的两种情形。在顶部图中，当可以连续跟踪相位时，例如，在可调谐激光器(比如，经连续调制的激光源)的情况下，指示第二测量射束和第二参考射束的各部分之间的相位差作为使用第一测量射束和第一参考射束的各部分确定的可移动目标ta的位置的函数的九条曲线cu1至cu9形成连续函数。当不能连续跟踪相位时，例如，在可切换激光源的情况下，可以形成如图9的底部图所示的不连续函数，这些不连续函数使得更难以确定交叉点cp，因为曲线也可能在其他位置交叉。在两个连续函数具有一个唯一交叉点，并且因此只有两个频率足以找到零绝对位置的情况下，不连续函数的使用可能需要更多的频率以找出所有不连续函数同时交叉的交叉点。通过配置第二光源ls2以发射更多不同频率处的光，可以增加附加频率。然而，也可以从第一光源ls1和第二光源ls2的可用频率产生附加的合成频率。例如，当第一光源ls1发射波长为wl1的光并且第二光源ls2能够发射波长为wl2和wl3的光时，可以产生以下三个合成波长：
[0105]-wl12＝wl1*wl2/(wl1-wl2)具有相位差，即，与波长wl1和wl2相关联的相位差之间的差；
[0106]-wl13＝wl1*wl3/(wl1-wl3)具有相位差，即，与波长wl1和wl3相关联的相位差之间的差；以及
[0107]-wl23＝wl2*wl3/(wl2-wl3)具有相位差，即，与波长wl2和wl3相关联的相位差之间的差。
[0108]
然而，还有产生合成波长的其他方式和/或可用于产生附加波长的方式。与这些合成波长相关联的曲线可以用于更准确地找出交叉点cp。
[0109]
尽管在该上下文中可以具体参考光刻设备在ic制造中的使用，但是应当理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、引导和检测磁畴存储器的图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等。
[0110]
尽管在该上下文中可以在光刻设备的背景下具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他设备中。本发明的各实施例可以形成掩模检查装置、量测装置、或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)之类的物体的任何装置
的一部分。这些装置通常被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
[0111]
尽管上文已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻中的背景下的使用，但是应当领会，在背景允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以用于其他应用，例如，压印光刻。
[0112]
在背景允许的情况下，本发明的各实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的各实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，这些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构。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)；磁性存储介质；光学存储介质；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、指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，应当领会，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上由执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器或其他设备产生，并且在这样做时，可以使得致动器或其他设备与物理世界交互。
[0113]
虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当领会，本发明可以以除所描述的方式之外的方式来实施。以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，在没有脱离下文所阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

技术特征：
1.一种定位系统，用于确定可移动目标相对于参考的绝对位置，包括：-测量系统，用于测量所述可移动目标的位置；-致动器系统，用于移动所述可移动目标；以及-控制单元，用于控制所述测量系统和所述致动器系统，其中所述测量系统包括干涉仪系统，所述干涉仪系统具有第一光源、第二光源和光学器件系统，所述第一光源被配置为以固定频率发射光束，所述第二光源被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出所述第二光束，并且所述光学器件系统被配置为：允许所述第一光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且允许所述第二光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且其中所述控制单元被配置为通过以下步骤来确定所述可移动目标相对于参考的绝对位置：a.移动所述可移动目标；b.驱动所述第二光源，使得在移动所述可移动目标的的一个或多个部分期间，所述第二光束具有所述第一频率，而在移动所述可移动目标的一个或多个其他部分期间，所述第二光束具有所述第二频率；c.确定其中所述第二光源具有所述第一频率的至少两个第一时间点；d.确定其中所述第二光源具有所述第二频率的至少两个第二时间点；e.针对所述至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第一相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；f.针对所述至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定作为所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第二相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；g.推断通过所述第一相位差拟合的第一曲线和推断通过所述第二相位差拟合的第二曲线；以及h.确定所推断出的所述第一曲线和所推断出的所述第二曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。2.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述第一光源被配置为发射具有第一分频的一对第一光束，其中所述第二光源被配置为发射具有第二分频的一对第二光束，其中所述干涉仪系统还包括：-参考检测器；-测量探测器；-分束器，用于将所述第一光源和所述第二光源的每个光束分裂成指向所述参考检测器的第一部分和指向所述测量检测器的第二部分；以及-处理单元，其中所述光学器件系统被配置为：允许所述第一光束中的一个第一光束的所述第二部分和所述第二光束中的一个第二光束的所述第二部分沿着具有固定光程长度的参考路径朝向所述测量检测器行进，并且允许所述第一光束中的另一第一光束的所述第二部分和所
述第二光束中的另一第二光束的所述第二部分沿着包括所述可移动目标的测量路径朝向所述测量检测器行进，其中所述处理单元被配置为：处理所述参考检测器的输出信号和所述测量检测器的输出信号，以确定所述第一光束的所述第一部分之间的第一参考相位、所述第二光束的所述第一部分之间的第二参考相位、所述第一光束的所述第二部分之间的第一测量相位、以及所述第二光束的所述第二部分之间的第二测量相位，其中所述控制单元被配置为：基于所述第二参考相位与所述第二测量相位之间的差来确定所述第一相位差，基于所述第二参考相位与所述第二测量相位之间的差来确定所述第二相位差，并且基于所述第一参考相位与所述第一测量相位之间的差来确定所述第一光束的各部分之间的所述相位差。3.根据权利要求1或2所述的定位系统，其中所述第一光源包括稳定激光源。4.根据权利要求1至3中任一项所述的定位系统，其中所述第二光源包括可调谐激光源。5.根据权利要求1至3中任一项所述的定位系统，其中所述第二光源是可切换激光源。6.根据权利要求1至5中任一项所述的定位系统，其中所述第二光源能够以第三频率输出所述第二光束，并且其中所述控制单元还被配置为：-驱动所述第二光源，使得在移动所述可移动目标的一个或多个其他部分期间，所述第二光束具有所述第三频率；-确定其中所述第二光源具有所述第三频率的至少两个第三时间点；-针对所述至少两个第三时间点中的每个第三时间点，确定作为所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第三相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；-推断通过所述第三相位差拟合的第三曲线；以及-确定所推断出的所述第一曲线、所推断出的所述第二曲线和所推断出的所述第三曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。7.根据权利要求1至6中任一项所述的定位系统，其中所述控制单元还被配置为：-基于相应的所述第一相位差和所述第一光束的各部分之间的相应的所述相位差的组合，来确定所述至少两个第一时间点中的每个第一时间点的第一合成相位差；-推断通过所述第一合成相位差拟合的第一合成曲线；以及-确定所推断出的所有可用曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的定位系统，其中所述控制单元还被配置为：-基于相应的所述第二相位差和所述第一光束的各部分之间的相应的所述相位差的组合，来确定所述至少两个第二时间点中的每个第二时间点的第二合成相位差；-推断通过所述第二合成相位差拟合的第二合成曲线；以及-确定所推断出的所有可用曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。9.根据权利要求1至8中任一项所述的定位系统，其中至少两个第一时间点与至少两个第二时间点重合，并且其中所述控制单元还被配置为：-基于相应的所述第一相位差和相应的所述第二相位差的组合，来确定至少两个重合
的所述第一时间点和所述第二时间点中的每个时间点的第三合成相位差；-推断通过所述第三合成相位差拟合的第三合成曲线；以及-确定所推断出的所有可用曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。10.根据权利要求1至9中任一项所述的定位系统，其中所述光学器件系统还被配置为：允许所述第一光束的一部分与固定目标相互作用，并且允许所述第二光束的一部分与所述固定目标相互作用，并且其中优选地，所述控制单元被配置为：使用所述第二光束的与所述固定目标相互作用的一部分与所述第二光束的沿着所述固定参考路径行进的一部分之间的相位差、以及所述第一光束的与所述固定目标相互作用的一部分与所述第一光束的沿着所述固定参考路径行进的一部分之间的相位差以确定所述至少两个第一时间点和所述至少两个第二时间点。11.根据权利要求2和权利要求10所述的定位系统，其中所述干涉仪系统还包括另一测量检测器，并且其中所述光学器件系统被配置为：-允许所述第一光束中的一个第一光束的所述第二部分的一部分和所述第二光束中的一个第二光束的所述第二部分的一部分沿着具有固定光程长度的参考路径朝向所述测量检测器行进，并且允许所述第一光束中的所述一个第一光束的所述第二部分的另一部分和所述第二光束中的所述一个第二光束的所述第二部分的另一部分沿着具有固定光程长度的参考路径朝向所述另一测量检测器行进；以及-允许所述第一光束中的另一第一光束的所述第二部分的一部分和所述第二光束中的另一第一光束的所述第二部分的一部分沿着包括所述可移动目标的测量路径朝向测量检测器行进，并且允许所述第一光束中的所述另一第一光束的所述第二部分的另一部分和所述第二光束中的所述另一第二光束的所述第二部分的另一部分沿着包括所述固定目标的测量路径朝向所述另一测量检测器行进。12.一种光刻设备，包括可移动目标和根据权利要求1至11中任一项所述的定位系统。13.根据权利要求12所述的光刻设备，还包括：-照射系统，被配置为调节辐射束；-支撑件，被构造为支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在辐射束的横截面中给所述辐射赋予图案，以形成经图案化的辐射束；-衬底台，被构造为保持衬底；以及-投射系统，被配置为将经图案化的所述辐射束投射到所述衬底的目标部分上，其中所述可移动目标是所述支撑件或所述衬底台。14.一种用于使用干涉仪系统来确定可移动目标相对于参考的绝对位置的方法，所述干涉仪系统具有第一光源和第二光源，所述第一光源被配置为以固定频率发射光束，所述第二光源被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出所述第二光束，其中所述第一光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，其中所述第二光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且其中所述方法包括以下步骤：a.移动所述可移动目标；b.驱动所述第二光源，使得在步骤a的一部分期间，所述第二光束具有所述第一频率，而在步骤a的另一部分期间，所述第二光束具有所述第二频率；c.确定其中所述第二光源具有所述第一频率的至少两个第一时间点；d.确定其中所述第二光源具有所述第二频率的至少两个第二时间点；
e.针对所述至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第一相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；f.针对所述至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第二相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；g.推断通过所述第一相位差拟合的第一曲线和推断通过所述第二相位差拟合的第二曲线；以及h.确定所推断出的所述第一曲线和所推断出的所述第二曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。15.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一光束的一部分和所述第二光束的一部分与固定目标相互作用，其中所述第二光源被连续调制，并且其中所述至少两个第一时间点和所述至少两个第二时间点通过使用所述第一光束和所述第二光束的与所述固定目标相互作用的各部分之间的相位差来确定。16.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二光源在移动所述可移动目标期间在所述第一频率与所述第二频率之间切换，其中所述方法还包括以下步骤：使用所述固定频率与所述第一频率或所述第二频率的组合或使用所述第一频率与所述第二频率的组合来产生一个或多个合成曲线，并且其中所述可移动目标的所述绝对位置通过确定所述第一曲线、所述第二曲线和所述一个或多个合成曲线的交叉点来确定。17.一种器件制造方法，其中使用根据权利要求12或13所述的光刻设备。18.一种外差干涉仪系统，包括：-第一光源，被配置为以固定频率发射光束；-第二光源，被配置为发射第二光束并且能够以第一频率和第二频率输出所述第二光束；-光学器件系统，被配置为允许所述第一光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第一光束的另一部分沿着固定参考路径行进，并且允许所述第二光束的一部分与所述可移动目标相互作用而所述第二光束的另一部分沿着固定参考路径行进；以及-控制单元，其中所述控制单元被配置为通过以下步骤来确定所述可移动目标相对于参考的绝对位置：a.驱动所述第二光源，使得在移动所述可移动目标的一个或多个部分期间，所述第二光束具有所述第一频率，而在移动所述可移动目标的一个或多个其他部分期间，所述第二光束具有所述第二频率；b.确定其中所述第二光源具有所述第一频率的至少两个第一时间点；c.确定其中所述第二光源具有所述第二频率的至少两个第二时间点；d.针对所述至少两个第一时间点中的每个第一时间点，确定作为所述可移动目标的位置的函数的所述第二光束的各部分之间的第一相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；e.针对所述至少两个第二时间点中的每个第二时间点，确定作为所述可移动目标的位
置的函数的所述第二光束的各部分之间的第二相位差，所述可移动目标的所述位置由所述第一光束的各部分之间的相位差确定；f.推断通过所述第一相位差拟合的第一曲线并且推断通过所述第二相位差拟合的第二曲线；以及g.确定所推断出的所述第一曲线和所推断出的所述第二曲线的交叉点，以便确定所述可移动目标相对于所述参考的绝对位置。

技术总结
本发明提供了一种用于确定可移动目标相对于参考的绝对位置的定位系统，包括干涉仪系统，该干涉仪系统具有第一光源和第二光源，该第一光源以固定频率发射光，而该第二光源以至少两个不同频率发射光。定位系统被配置为基于目标的移动而将与第二光源的第一频率相关联的相位差曲线和与第二光源的第二频率相关联的相位差曲线确定为与第一光源的固定频率相关联的相位差的函数，并且确定交叉点以确定可移动目标的绝对位置。本发明还涉及一种光刻设备和对应方法。备和对应方法。备和对应方法。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：ASML荷兰有限公司
技术研发日：2021.10.25
技术公布日：2023/8/16