[发明专利]具有非线性光学器件的检查设备

说明书

本文中提供一种检查设备或光刻设备，包括光学系统和检测器。所述光学系统包括非线性棱镜形光学器件。所述光学系统被配置成接收从衍射目标反射的零阶衍射束和一阶衍射束并且分离每阶衍射束的第一偏振和第二偏振。所述检测器被配置成同时检测所述零阶衍射束和一阶衍射束中的每个的第一偏振和第二偏振。基于一个或更多个衍射阶的所检测到的第一偏振和第二偏振，可以调整光刻设备的操作参数以改善所述光刻设备中的准确度或精度。所述光学系统可以包括多个非线性棱镜形光学器件。例如，所述光学系统可以包括多个沃拉斯顿棱镜。

相关申请的交叉引用

本申请主张2018年4月6日递交的美国临时专利申请号62/653,786的优先权，并且所述美国临时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

本公开涉及一种用于检查设备的光学系统，例如一种用于光刻设备和系统的检查设备。

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(其可替代地被称作掩模或掩模版)可以用以产生待形成在IC的单层上的电路图案。可以将这种图案转印至衬底(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。通常经由成像至被设置于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，单个衬底将包含被连续地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，其中通过一次性将整个图案曝光至目标部分上来照射每个目标部分；和所谓的扫描器，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上经过辐射束扫描所述图案的同时、平行于或反向平行于这种扫描方向同步地扫描所述目标部分，来照射每个目标部分。也可能通过将所述图案压印至衬底上来将所述图案从所述图案形成装置转印至衬底。

为了监控光刻过程，测量经图案化的衬底的参数。例如，参数可以包括形成在经图案化的衬底中或其上的连续层之间的重叠误差，和经显影的光敏抗蚀剂的临界线宽。可以对产品衬底和/或对专用量测目标执行这种测量。存在用于对在光刻过程中所形成的显微结构进行测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。专用检查工具的快速且非侵入性形式是散射仪，其中辐射束被引导至衬底的表面上的目标上，并且测量经散射的或经反射的束的性质。通过将束在其由衬底反射或散射之前的性质与其已由衬底反射或散射之后的性质进行比较，可以确定衬底的性质。例如，可以通过比较经反射束和储存在与已知衬底性质相关联的已知测量结果的库中的数据来进行这种确定。光谱散射仪将宽带辐射束引导至所述衬底上并且测量被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)。相比之下，角分辨散射仪使用单色辐射束并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

这样的光学散射仪可以用以测量参数，诸如在形成于经图案化的衬底中或其上的两个层之间的经显影的光敏抗蚀剂或重叠误差(OV)的临界尺寸。通过比较照射束在由衬底反射或散射之前的性质与照射束在已由衬底反射或散射之后的性质，可以确定衬底的性质。

随着半导体器件变得越来越小且越来越精细，制作公差变得越来越严格。因此，需要持续改善量测测量。散射仪的一个示例性用途是用于临界尺寸(CD)量测，尤其适用于在诸如半导体晶片之类的经图案化结构中进行测量。光学CD量测技术包括圆顶上的散射测量法、光谱反射测量术、和光谱椭圆偏振测量法。所有这些技术都基于测量针对不同入射方向的不同地偏振的光的反射强度。这样的技术需要高的消光比，或偏振纯度。偏振分束器(PBS)根据偏振状态划分光以在反射s偏振光的同时透射p偏振光。尽管完美PBS透射100％的p偏振且反射100％的s偏振，但真实PBS透射和反射s偏振光与p偏振光的混合。p偏振光与s偏振光之间的比率被称为所述消光比。光学CD需要高的消光比。