CN102472974B - 微光刻投射曝光设备以及测量有关包含在其中的光学表面的参数的方法 - Google Patents

Abstract

一种微光刻投射曝光设备包括光学表面(46；M6)以及测量装置(90)，该测量装置(90)测量在所述光学表面上的多个分开区域的关于光学表面的参数。所述测量装置包括照明单元(92)，其朝向所述光学表面的所述区域指引单独测量光束(94)。每个测量光束照明与所述测量光束关联的区域的至少一部分、以及不与所述照明光束关联的相邻区域的至少一部分。检测器单元(96)在每个测量光束与所述光学表面相互作用之后，测量每个测量光束的特性。评估单元(102)基于检测器单元(96)为与所选择的区域关联的测量光束以及与所选择的区域的相邻区域关联的至少一个测量光束所确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。

Description

微光刻投射曝光设备以及测量有关包含在其中的光学表面的参数的方法

技术领域

本发明总体涉及将掩模成像到光敏表面的微光刻投射曝光设备，并且特别涉及包括光学表面(例如反射镜或者反射镜阵列)、以及构造来在多个位置测量有关该光学表面的参数的测量装置的这种设备。本发明还涉及测量这种参数的方法。

背景技术

微光刻(也称为光刻或者简单地称为刻印(lithography))是制造集成电路、液晶显示器以及其它微结构器件的技术。微光刻工艺和刻蚀工艺一起被用于在形成于基底(例如硅晶片)上的薄膜叠层中图案化特征。在每个制造层，晶片首先被镀上作为对辐射(例如深紫外(DUV)或者极紫外(EUV)光)敏感的材料的光刻胶。接着，在投射曝光设备中将在顶部具有光刻胶的晶片曝露于投射光。该设备将包含图案的掩模投射到光刻胶上，使得光刻胶仅在由掩模图案决定的某些位置处曝光。曝光后，显影光刻胶，以产生与掩模图案对应的图像。接着刻蚀工艺将该图案转移到晶片上的薄膜叠层中。最后，移除光刻胶。利用不同的掩模重复该过程，产生多层微结构化组件。

投射曝光设备典型地包括用于照明掩模的照明系统、用于对准掩模的掩模台、投射物镜以及用于对准涂敷有光刻胶的晶片的晶片对准台。照明系统照明掩模上的场，例如该场可以具有矩形或弯曲狭缝的形状。

理想地，照明系统利用具有很好地限定的辐照度和角度分布的投射光，照明掩模上的照明场的每个点。术语角度分布描述会聚到掩模平面中的特定点的光束的总光能量在构成该光束的光线的不同方向上是如何分布的。

入射在掩模上的投射光的角度分布通常适配于要被投射到光刻胶上的图案的种类。例如，相对较大尺寸的特征与较小尺寸的特征可能需要不同的角度分布。投射光最常用的角度分布被称为传统、环形、双极和四极照明设置。这些术语是指照明系统的系统光瞳表面中的辐照度分布。例如，使用环形照明设置，系统光瞳表面中仅照明环形区域。因此，在投射光的角度分布上仅呈现小角度范围，并且因此所有光线以相似的角度倾斜入射到掩模上。

在现有技术中已知修改掩模平面中的投射光的角度分布的不同方法，以获得理想的照明设置。为了在掩模平面中产生不同的角度分布时获得最大的灵活性，已建议使用反射镜阵列来照明光瞳表面。

在EP 1 262 836 A1中，反射镜阵列被实现为包括超过1000个反射镜的微机电系统(MEMS)。每个反射镜可关于两个正交倾斜轴倾斜。因此入射到这种反射镜器件上的辐射可以被反射到半球中的几乎任意期望方向。布置在反射镜阵列和光瞳表面之间的会聚透镜将由反射镜产生的反射角度转变为光瞳表面中的位置。该已知照明系统使得可以利用多个光斑(spot)照明光瞳表面，其中每个光斑与一个特定的微反射镜关联，并且可以通过倾斜该反射镜而使每个光斑在光瞳表面上自由移动。

US 2006/008734A1、US 7,061,582B2以及WO 2005/026843A2中公开了类似的照明系统。类似的可倾斜反射镜阵列被建议用于EUV照明系统。

在这种阵列中，单独(individual)反射镜的方向必须被高精度且高速地控制。因此，已经建议使用闭环控制。这种控制方案需要以高重复频率监控每个反射镜的取向。

国际申请WO 2008/095695A1公开了一种使得可以测量每个单独反射镜的取向的测量装置。因此，提供了一种为每个反射镜产生单独测量光束的照明单元。检测器单元在测量光束被反射镜反射之后测量它们的角度。如果已知入射在反射镜上的光束的方向，则评估单元可以基于反射光束的测量的方向来确定反射镜的取向。通过使用时间复用或者频率复用，可以区分多个测量光束，从而可以顺序地或甚至一次确定反射镜的取向。

现有技术照明单元使用激光二极管阵列(例如垂直空腔表面发射激光器(VCSEL))作为产生在反射镜上引导的测量光束的光源。为每个激光二极管提供成像透镜，该成像透镜布置在该激光二极管的前面并将该二极管的光出射面成像在反射镜之一上。所述成像透镜优选形成具有与激光二极管相同的间距的微透镜阵列。

然而，已发现，在这种测量装置的最优选尺寸下，测量精度通常并不令人满意。

在微光刻投射曝光设备领域中的类似测量中也遇到了相同的问题。例如，在这种设备的投射物镜中，有时存在具有可变形的光学表面的透镜或者反射镜以矫正畸变。例如，可以借助于施加机械力的致动器，或者通过引导辐射到光学表面上的特定区域来实现光学表面的变形。为了控制变形过程，可以使用测量装置来测量光学表面的形状，该测量装置被构造为在多个区域处测量有关光学表面的参数。由于光学表面是连续的还是不连续的(如反射镜阵列的情况)并不真正重要，所以利用这种测量装置可获得的测量精度有时也不令人满意。

发明内容

本发明的目的是提供一种微光刻投射曝光设备，包括光学表面和测量装置，该测量装置被构造为在光学表面上的多个区域处测量表面相关参数，其中测量装置具有改善的测量精度。本发明的另一个目的是提供以改善的测量精度测量这样的参数的方法。

关于设备，根据本发明通过一种微光刻投射曝光设备实现此目的，所述设备包括光学表面和测量装置，该测量装置被构造为在光学表面上的多个分开的区域处测量关于光学表面的参数。测量装置包括构造为朝向光学表面上的区域指引单独测量光束的照明单元。每个测量光束照明与所述测量光束关联的区域的至少一部分以及不与所述测量光束关联的相邻区域的至少一部分。检测器单元被构造为在每个测量光束与光学表面相互作用之后，测量每个测量光束的特性。评估单元被构造为：基于检测器单元为与所选择的区域关联的测量光束、以及与所选择区域相邻的区域关联的至少一个测量光束所确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。

本发明基于以下理解：如果测量光束不仅照明与该特定测量光束关联的区域，而且还照明与另一测量光束关联的至少一个区域，则严重降低测量精度。然而，取代试图减小被测量光束照明的光斑的尺寸以使这些光斑不延伸到相邻的区域，本发明通过不仅考虑为所选择的区域测量的特性，还考虑为至少一个其它区域测量的特性，从而补偿该不利影响。这些其它区域可以是紧邻区域，或者为了甚至更好的测量精度，可以是该紧邻区域加上相隔一个的相邻区域。在其它实施例中，当评估单元确定所选择的区域的表面相关参数时，考虑测量光束所指向的所有区域。

在一个实施例中，在多个区域测量的关于光学表面的参数界定了光学表面的形状。这特别有用，因为这使得可以以非接触的方式高精度地测量光学表面的形状。然而，例如，有关光学表面的参数也可以是光学表面的透射率或反射率。该参数还可以是具有形成光学表面的界面的光学材料的折射率。因此，本发明不限于表面形状测量装置。

如果该设备包括构造为使光学表面变形的表面变形单元，则光学表面的形状测量特别重要。可以产生这种变形来降低光学系统中的波前误差，特别是投射曝光设备的投射物镜中的光学系统中的波前误差。表面变形单元可包括构造为产生作用于光学表面上的力的致动器，例如为了弯曲包括该光学表面的光学元件。表面变形单元还可包括向光学表面上的所选择的区域指引光的加热光源。加热光的吸收继而导致光学表面的变形。测量装置可以接着形成闭环控制的一部分并且监控由表面变形单元产生的表面变形。

在一个实施例中，光学表面被构造为反射至少测量光的重要(substantial)部分。例如，光学表面可以由用于投射曝光设备中校正像差的自适应性(adaptive)反射镜形成。然而，光学表面还可形成在诸如透镜的折射型光学元件上。在该情况中，从光学表面反射的光的部分(虽然较小)可能足以测量表面相关参数。在优选实施例中，光学表面被构造为反射超过10％、优选超过50％的测量光。

在另一实施例中，光学表面由反射镜阵列形成，该反射镜适配于以响应控制信号而可变化的反射角度将入射光线反射。这可以通过使反射镜表面变形、或者更容易地通过提供构造为通过至少一个倾斜轴倾斜的反射镜来实现。在许多情况下，每个区域将从而由反射镜表面形成。如果反射镜足够大，则还可以在每个反射镜表面布置多于一个区域。通常，每个反射镜表面关联至少一个区域。

这样的反射镜阵列可以布置在该设备的照明系统中。反射镜接着朝向照明系统的系统光瞳表面指引投射光。这使得可以灵活地改变照明设置，即入射到掩模上的光的角度光分布。

在一个实施例中，每个测量光束在关联区域上产生最大强度点。这些最大强度点相对于反射镜的中心略微且不规则地位移。该不规则性增加了表面相关参数的数值计算的稳定性。如果位移是规则的，正如它通常的情况，则其既不具有不利影响，也不具有有利影响。如果必须提供冗余使得每个区域关联多于一个测量光束，则也可能发生最大强度点的位移。

由于测量光束还被允许照明相邻区域，所以这通常将导致光学表面上照明的光斑的部分重叠。然而，如果最大强度点偏心，也可能发生光斑不重叠的情况。

评估单元可以被构造为：基于检测器单元为由照明单元产生的所有测量光束确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。因此，仅在已经测量了所有区域的特性之后，才获知所选择的区域的表面相关参数。

在检测器单元中设定至少近似的线性响应，这可通过求解以下线性方程系统获得：

$y_k=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{A}_{\mathrm{kl}}{x}_l$

其中所选择的区域k的表面相关参数是x_k，并且其中y_k是检测器单元为指向区域k的测量光束而测量的特性，并且A_kl是实系数。例如，这些实系数可通过校准或者仿真确定。

根据另一实施例，评估单元被构造为：仅基于由检测器单元为被指引到所选择的区域的紧邻以及相隔一个的相邻区域的测量光束确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。这利用如下事实：照明区域的辐照度朝向照明区域的周边大大减弱。因此，可以不考虑入射在远离所选择的区域的区域上的小部分测量光，而不会不适当地产生显著的测量误差。

光学表面上的区域可以由准直的或者轻微发散的光束照明。由于这些区域允许重叠，所以本发明不要求这些区域与现有技术方案中的情况一样极度小。然而，如果这些区域的重叠很小，则对测量精度上还是具有正面效果。这可通过照明单元实现，该照明单元包括多个照明部件，每个照明部件具有光出射面，该光出射面被构造为发射测量光，其中光出射面被成像到光学表面上。

为了将光出射面成像到光学表面上，可使用多个成像系统，其中每个成像系统与一个光出射面关联。为了减小不利的衍射影响，可以优选使用与至少两个或者更多个光出射面关联的成像系统，即共同地将多于一个光出射面成像在光学表面上的成像系统。

关于方法，通过一种在光学表面的多个分开的区域处测量关于所述光学表面的参数的方法来实现上述目的，所述光学表面包含在微光刻投射曝光设备中，所述方法包括以下步骤：

a)朝向所述光学表面上的所述区域指引单独测量光束，其中每个测量光束照明与所述测量光束关联的区域的至少一部分、以及不与所述测量光束关联的相邻区域的至少一部分，

b)在每个测量光束与所述光学表面相互作用后，测量每个测量光束的特性，

c)基于步骤b)中为

i)与所选择的区域关联的测量光束、以及

ii)与所选择的区域相邻的区域关联的至少一个测量光束所确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。

附图说明

参照以下结合附图的详细说明，可以更容易理解本发明的各种特征和优点，其中：

图1是根据本发明的投射曝光设备的透视和相当简化的视图；

图2是穿过包含在图1所示的投射曝光设备中的照明系统的子午面；

图3是包含在图2的照明系统中的反射镜阵列的透视图；

图4是图2的示出测量装置的局部放大图；

图5是穿过可以在图4中所示的测量装置中使用的照明单元的子午面；

图6是反射镜阵列的局部俯视图，其中被测量光束照明的光斑没有延伸到相邻的反射镜；

图7是与图6相似的俯视图，但是其中在反射镜上照明了两个较小的没有延伸到相邻反射镜的光斑；

图8是与根据第一实施例的图6相似的俯视图，其中照明光斑延伸到相邻反射镜；

图9是与根据第一实施例的图7相似的俯视图，其中两个照明光斑延伸到相邻反射镜；

图10是与图8相似的俯视图，但其中照明光斑相对于所选择的反射镜的中心偏心；

图11是与图10相似的俯视图，其中照明光斑被设置为靠近所选择的反射镜的角落；

图12是示出根据第二实施例的、依赖于计算中所考虑的项的阶的测量误差的曲线图；

图13是根据第三实施例的EUV投射曝光设备的示意图；

图14是图13的局部放大且更详细的图。

具体实施方式

I.投射曝光设备的总体结构

图1是包括用于产生投射光束的照明系统12的VUV投射曝光设备10的透视且相对简化的视图。投射光束在包含微小结构18的掩模16上照明场14。在这个实施例中，照明场14具有近似部分环形的形状。然而，也可以考虑照明场14的其它形状，例如矩形。

投射物镜20将照明场14内的结构18成像到沉积在基底24上的光敏层22(例如光刻胶)上。可由硅晶片形成的基底24布置在晶片台(未示出)上，使得光敏层22的上表面精确地位于投射物镜20的像平面中。通过掩模台(未示出)将掩模16定位在投射物镜20的物平面中。由于投射物镜的放大率小于1，所以照明场14内的结构18的缩小像14’被投射到光敏层22上。

在投射期间，掩模16和基底24沿着与Y方向一致的扫描方向移动。因此，照明场14在掩模16上扫描，使得可以连续地投射比照明场14大的结构化区域。这种类型的投射曝光设备通常被称作“步进扫描设备(step-and-scanapparatus)”或简称“扫描曝光机(scanner)”。掩模16和基底24的速度之间的比值等于投射物镜20的放大率的倒数。如果投射物镜20反转图像，则掩模16和基底24在相反方向上移动，如图1中箭头A1和A2所示。然而，本发明也可用于步进曝光机(stepper)工具，其中掩模16和基底24在掩模的投射期间不移动。

在所示实施例中，照明场14不以投射物镜20的光轴26为中心。这种离轴照明场14对于某些类型的投射物镜20可能是必须的。在其它实施例中，照明场14以光轴26为中心。

EUV投射曝光设备具有相同的基本结构。但是，由于没有光学材料对于EUV辐射是没有透明的，所以仅使用反射镜作为光学元件，并且掩模也是反射型的。

II.照明系统的总体结构

图2为穿过图1所示的VUV照明系统12的更详细的子午面。为了清楚，图2的图示被大大简化并且没有按比例。这尤其隐含着仅通过非常少的光学元件来表示不同的光学单元。实际上，这些单元可包括多得多的透镜和其他光学元件。

照明系统12包括壳体28和光源，在所示实施例中光源由准分子激光器30实现。准分子激光器30发射大约193nm波长的投射光。也可以考虑其他类型的光源和其他波长，例如248nm或者157nm。

在所示实施例中，由准分子激光器30发射的投射光进入扩束单元32，在扩束单元32中光束被扩展，但不改变几何光通量。例如，扩束单元32可包括多个透镜，如图2中所示，或者可被实现为反射镜布置。投射光从扩束单元32射出，作为大致的准直光束34。在其它实施例中，该光束可具有很大的发散。准直光束34入射在平面折叠反射镜36上，平面折叠反射镜36用于减少照明系统12的总尺寸。

从折叠反射镜36反射之后，光束34入射在微透镜40的阵列38上。反射镜阵列46布置在微透镜40的后焦平面上或其附近。如下面将更详细地解释的，反射镜阵列46包括多个小的单独反射镜M_ij，其可通过两个倾斜轴(优选设置为彼此垂直)彼此独立地倾斜。反射镜M_ij的总数目可超过100或者甚至几千。反射镜M_ij的反射表面可以是平面，但如果需要额外的反射力也可以是弯曲的。除此之外，反射镜表面可支持衍射结构。在此实施例中，反射镜M_ij的数目等于被光束34照明的微透镜阵列38的微透镜40的数目。因此每个微透镜40指引会聚光束到反射镜阵列46的一个反射镜M_ij上。

单独反射镜M_ij的倾斜运动被反射镜控制单元50控制，反射镜控制单元50连接到照明系统12的整个系统控制52。用于设置反射镜M_ij的期望倾斜角度的致动器接收来自反射镜控制单元50的控制信号，使得每个单独反射镜M_ij能够以响应于控制信号的可变化的反射角度而将入射光线反射。在所示实施例中，存在可以布置单独反射镜的倾斜角的连续范围。在其它实施例中，致动器被构造为使得可以仅设置有限数目的离散倾斜角。

图3是反射镜阵列46的透射图，为了简单，仅包括8·8＝64个反射镜M_ij。入射在反射镜阵列46上的光束54a被反射到由反射镜M_ij的倾斜角度所决定的不同方向上。在此示意性表示中，设定特定的反射镜M₃₅相对于另一反射镜M₇₇关于两个倾斜轴56x、56y倾斜，从而分别由反射镜M₃₅和M₇₇反射的光束54b、54b’被反射到不同的方向上。

再次参考图2，从反射镜M_ij反射的光束入射在第一聚光器58上，该第一聚光器58确保略微发散的光束现在作为至少基本平行的光束入射到产生多个二次光源的光学积分器72上。光学积分器72增加了光线与照明系统12的光轴OA之间形成的角度的范围。在其它实施例中，省略第一聚光器58，从而入射到光学积分器72上的光束具有较大的发散。

在所示实施例中，光学积分器72被实现为包括两个基底74、76的蝇眼透镜，每个基底包括两个正交的平行圆柱形微透镜阵列。也可以构思光学积分器的其它构造，例如包括具有旋转对称表面、但具有矩形边界的微透镜阵列的积分器。参考WO 2005/078522A、US 2004/0036977A1以及US2005/0018294A1，其中描述了各种类型的适用于照明系统12的光学积分器。

附图标记70表示照明系统12的系统光瞳表面，其基本上限定了入射在掩模14上的光的角度分布。系统光瞳表面70通常是平面或者轻微弯曲，并且布置在光学积分器72中或者紧挨其附近。由于系统光瞳表面70中的角度光分布直接转化为后续场平面中的强度分布，所以光学积分器72基本决定了掩模16上的照明场14的基本几何形状。由于光学积分器72将角度范围在X方向上比在扫描方向Y上增加得多得多，所以照明场14沿着X方向比沿着扫描方向Y具有更大的尺寸。

来自由光学积分器72产生的二次光源的投射光进入第二聚光器78，在图2中，为了简单，第二聚光器78仅由单个透镜表示。第二聚光器78确保系统光瞳表面70与其中布置了场光阑82的后续中间场平面80之间存在傅里叶关系。第二聚光器70在中间场平面80中叠加由二次光源产生的光束，由此获得中间场平面80的非常均匀的照明。场光阑82可包括多个可移动叶片(blade)并且确保掩模16上的照明场14的锐利边缘(到所期望的程度)。

场光阑物镜84在中间场平面80与其中布置了掩模16的掩模平面86之间提供光学共轭。因此，场光阑82被场光阑物镜84锐利地成像到掩模16上。

III.测量装置

必须非常精确地控制反射镜的取向，即，相对于倾斜轴56x、56y的倾斜角度(见图3)。这是因为光敏表面22上产生的图案对系统光瞳表面70中的强度分布的变化非常敏感，该强度分布取决于反射镜M_ij的取向。

仅在可以单独地测量反射镜M_ij的取向的情况下，才可以精确地控制反射镜M_ij的取向。为此，照明系统12包括测量装置90，该测量装置90被构造为将测量光束指引到每个反射镜M_ij上并测量从那里反射的测量光束的方向。

在其它实施例中，测量装置90被构造为不仅测量反射镜M_ij的取向，还测量反射镜M_ij的反射表面的形状。这些形状可能在投射曝光设备10的操作期间改变，例如由于吸收高能量投射光而产生的热的原因。在EUV照明系统中，特别关注热引起的变形问题，这是因为相比于DUV照明系统，反射镜吸收更大部分的投射光。为了测量单独反射镜M_ij的形状，必须不但对于每个反射镜M_ij上的一个位置、而且对于每个反射镜M_ij上的多个位置，获得表面相关参数(例如表面法线或距离)。

在任一情况中，可以认为反射镜M_ij表面共同形成更大的光学表面。测量装置90接着在此光学表面上的多个区域处(即反射镜M_ij的表面上)测量有关此光学表面的某一参数。每个反射镜M_ij上可以有两个或更多个这样的区域。所述参数可以是，例如表面法线或距离。在此实施例中，该参数适合描述反射镜M_ij的取向并且因此描述由这些反射镜M_ij共同形成的光学表面的形状。

测量装置90将所测量的参数提供给控制单元50。如果所测量的反射镜取向与目标取向之间的偏差超过预定的阈值，则控制单元50可接着重新调整一些或所有反射镜M_ij。可从WO 2009/080310A1中获得更多关于反射镜M_ij的控制的细节。

现在参考图2以及图4说明测量装置90的总体结构，图4是从图2剪切出的局部放大细节图。

测量装置90包括向每个反射镜M_ij引导单独测量光束94的照明单元92。在从反射镜M_ij反射之后，测量光束94进入检测器单元96，检测器单元96包括检测器光学部件98以及位置分辨传感器100。检测器光学部件98可包括将测量光束94的方向转换为位置分辨传感器100上的位置的聚光器。由传感器100获得的位置数据被提供到评估单元102，该评估单元102被构造为基于由检测器单元96测量的被反射的测量光束94的方向来确定反射镜M_ij的取向。这些数据接着被提供给控制单元50，如以上已说明的。在前面所提及的WO 2008/095695A1中描述了关于检测器单元96的更多细节。

为了能够单独地测量每个反射镜M_ij的取向，测量装置90必须能够识别所探测到的测量光束94是从哪个反射镜M_ij反射的。在此方面，一个方法是使用包括多个单独照明部件103的照明单元92。每个部件103产生引导向一个反射镜M_ij的测量光束94。因为照明部件103可被单独地控制，所以可使用光学多路复用(例如，在时域或频域中)来分辨由传感器100探测到的测量光束94。

在最简单的情况中，照明部件产生准直的或者轻微发散的测量光束94，如图4中所示。每个测量光束94照明一个反射镜M_ij上的某一光斑。但是，照明单元92必须不妨碍准直的投射光34的光路，因此它必须布置在距离反射镜阵列46一定距离处。如果测量光束94被允许在它们从照明单元92到反射镜阵列46的路径上发散，则反射镜M_ij上被照明的光斑将会如此大，以致于这些光斑不能被限制到单个反射镜M_ij中。

因此，前述的WO 2008/095695A建议对每个照明部件使用单独的光学成像部件。每个成像部件将照明部件的光出射面成像到所关联的反射镜M_ij上。每个成像部件由正透镜形成，并且这些透镜形成微透镜阵列。这使得可以大大减小每个照明部件在反射镜阵列46上照明的光斑的尺寸。原则上，甚至可以在反射镜阵列上照明比照明部件的光出射面小的光斑。然而，在大多数优选几何条件(照明部件的间距、反射镜的间距和照明部件与反射镜之间的距离)下，衍射明显地使光出射面的像模糊。

如果两个或者更多(优选全部)的光出射面共同由较大成像系统成像，则由衍射导致的限制被减轻。这在图5的示意表示中示出，图5是穿过照明反射镜阵列46上的区域的照明单元92的子午面。两个透镜114、116在物平面108与像平面112之间提供了光学共轭，照明部件103的光出射面106布置在物平面108中，反射镜阵列46的反射镜M_ij布置在像平面112中。在该实施例中，物平面108和像平面112依据沙伊姆弗勒条件(Scheimpflugcondition)倾斜布置。尽管物平面108和像平面112倾斜布置，但此条件的满足确保了照明部件103的光出射面106被锐利地照射在反射镜M_ij上。关于该方法的更多细节可从同一申请人在2009年3月13日提交的题为“Microlithographic Projection Exposure Apparatus(微光刻投射曝光设备)”的国际专利申请PCT/EP2009/0018027中获得。

通过图5中所示的照明单元92，可以限制由测量光束94照明的光斑，从而它们不延伸到相邻的反射镜M_ij上。

这在图6中示出，图6是反射镜阵列46的一些反射镜M_ij的俯视图。这里设定选择的反射镜M_S上的光斑必须由测量光束94照明。图6中的圆表示这种光斑的辐照度分布118。图6中的曲线118’示意性地表示作为辐照度相对于半径的函数的辐照度分布。从图6中可看出，辐照度分布118完全覆盖反射镜M_S，但没有延伸到任意一个相邻反射镜M_ij上。

这阻止测量光入射到相邻的反射镜M_ij上，以及被反射到不同的方向。因为这些错误引导的光也将被检测器单元96检测到，所以如果不采取下述措施，则其将严重地降低测量所选择的反射镜M_ij的取向所可能获得的精度。例如，如果仅测量光束94的强度的0.04％入射到相邻反射镜M_ij上，则测量所选择的反射镜M_ij的倾斜角所可能获得的精度不可能超过0.04％。比例为0.04％的错误引导的光隐含着：对于0.8mm×0.8mm的示例反射镜几何形状，在所选择的反射镜M_S上照明的光斑对于典型的辐照度分布118具有0.1mm量级的1/e半径。即使使用图5中所示的光学布局，这也难以实现。

图7示出不是一个而是两个照明部件103必须能够照明每个反射镜M_ij的情形。如果存在在设备10的寿命期间一些照明部件103将发生故障的重大风险，则这种冗余是必须的。如果多于一个的照明部件103能够引导测量光束94朝向单个反射镜M_ij，则在发生故障的情况下，这些照明部件103之一可以接管。

通常不可能在反射镜M_ij的相同位置处产生这两个照明部件103的光出射面的像。因此，由这些照明部件103产生的辐照度分布118a、118b通常轻微移位，如图7中所示。如果没有测量光被允许入射在相邻反射镜M_ij上，则关于照明区域的最大尺寸的限制甚至更加严格。

为了保证图6和图7中所示的情形，需要很好地校正由图5中的透镜114、116所表示的成像系统，特别是关于远心度误差。这是因为必须非常精确地知道测量光束94在哪个方向上入射到反射镜M_ij上。这些成像特性的变化(例如由于热效应)必须被防止或者补偿，以便避免测量误差。

以下将介绍一种新方法，使得可以大大放松对照明单元92的要求，特别是对将照明部件103的光出射面106成像到反射镜阵列46上的成像光学部件的要求。

1、第一组实施例

根据该新方法，由照明部件103照明的光斑允许延伸到相邻反射镜M_ij。换言之，辐照度分布118延伸到至少一个其它反射镜M_ij。在图8所示的实施例中，照明光斑延伸到所有紧邻的反射镜M_ij。图9为两个照明部件与各个反射镜M_ij关联的情况示出了该方法，如图7中所采用的。如从图9中可看出的，辐照度分布118a、118b延伸到至少一个相邻反射镜元件M_ij。

a)计算方案

通过不单独地(即对于每个反射镜不以孤立的方式)、而是基于对至少一个相邻反射镜M_ij所获得的测量值确定反射镜M_ij的取向，来防止测量精度的恶化。

下面针对简化的一维反射镜阵列(即包括N×1个反射镜M_k的阵列，其中k＝1，2，...，N)的情况更详细地解释该更完善的计算方案。该到一维的简化仅是简化以下描述；当然，该构思可以容易地延伸到二维反射镜阵列46，例如通过向n×m个反射镜M_ij分配下标k＝1，2，...，n·m，或者通过向每个下标k分配数组(i，j)。

设定x_k是选择的反射镜M_K的倾斜角。如果操作与该选择的反射镜M_K关联的照明部件103，则利用设定为1的辐照度照明反射镜M_K。

然而，另外，具有相对强度A_kl的光入射到另一反射镜M₁上。因此，对于所选择的反射镜M_K，检测器单元96测量具有值y_k的特性，值y_k不仅依赖于倾斜角度x_k，还依赖于一个或多个其它反射镜的倾斜角度。如果检测器单元96(至少近似地)具有线性响应，则该依赖性可由方程(1)表示：

y_k＝∑_lA_klx_l                 (1)

如果检测器96的响应不能设定为线性，则方程(1)、因而以及以下方程变得更复杂。但是，这并不影响以下描述的一般原理的有效性。

方程(1)描述了线性方程系统，其也可写作方程(2)：

$\stackrel{\→}{y}=\stackrel{\→}{A}\stackrel{\→}{x}---\left(2\right)$

其中

为反射镜M₁到M_N所获得的测量值，

为反射镜M₁到M_N的倾斜角，并且

为包含相对强度A_kl的矩阵。

通过求解线性方程系统(2)，例如使用LU分解以及后续的回代(backwardsubstitution)，可以基于测量值y_k计算出倾斜角度x_k的期望值。如以上所提及的，反射镜M_k的倾斜角x_k将总是不但依赖于测量值y_k，而且至少依赖于一个其它测量值y_l，其中l≠k。

测量值

不是完全精确的，而是有一定程度的缺陷。因此将基于缺陷测量值计算倾斜角从而所计算的倾斜角通常将与实际倾斜角略微不同。因此，不可能以高于测量值

可获得的精度确定倾斜角

替代地，甚至存在测量的倾斜角

的精度比测量值

的精度差若干数量级的风险。然而，模拟显示：对于方程(2)，所计算的倾斜角

的最大测量误差仅略大于测量值的测量误差(小于1.2倍)，所计算的倾斜角

的平均测量误差甚至比仅照明单个反射镜M_k的情况小，这是因为在前一情况中，当多个测量值输入每一个计算值中时，降低了统计误差。

b)位移

对于为什么反射镜M_ij上照明的光斑的最大强度必须完全以反射镜M_ij的表面为中心，并不存在令人信服的理由。而是，这些光斑关于反射镜表面的轻微且不规则的位移将对上述计算方案的数值稳定性具有正面效果。可以放松该方案的背景中的某些容限。图10中示出了如下示例：辐照度分布118的中心120不以所选择的反射镜M_S为中心。

如果必须提供冗余，则通常需要使最大强度的点120偏心，如图9中所示。图11示出了提供冗余度D_R＝4的实施例。这意味着照明部件103的数目是反射镜M_ij的数目的四倍。最大强度的点120设置在或者靠近反射镜M_ij的边缘，并且在该实施例中靠近反射镜M_ij的角落。因此，图11中由粗线示出的所选择的反射镜M_S可由四个不同照明部件103中的任意一个照明。如果这四个照明部件103中的一个发生故障，则另一个照明部件103可以接管。已经表明，图11中所示的偏心图案对检测器单元96的精度要求略微大于图8中所示的中心图案的情况。

c)校准

为了确定方程(1)中的系数A_kl，可应用以下的校准方法：

在第一步中，将除了所选择的反射镜M_S外所有反射镜M_ij倾斜到使得它们不能将光朝检测器单元96反射的位置。接着，通过本领域中公知的测量设备测量系统光瞳平面70中的光斑的位置。

在第二步中，将除了所选择的反射镜M_S和其他反射镜中的一个之外的所有反射镜倾斜到使得它们不能将光朝向检测器单元96反射的位置。接着通过该测量设备测量系统光瞳平面70中的这两个光斑的位置。

如此，可以确定所有系数A_kl。

2、第二组实施例

为了能够求解线性方程系统(2)，必须知道所有反射镜的测量值

换句话说，仅在获得反射镜阵列46的所有反射镜的测量值

之后，才可确定特定反射镜M_k的倾斜角

然而，如果仅获得了相邻反射镜的测量值，也可确定特定反射镜M_K的倾斜角x_k。这利用了以下事实：特定测量光束94照明的光斑通常仅延伸到布置在紧靠所选择的反射镜M_S的反射镜。

特定测量光束94的辐照度分布的该减弱(drop off)可通过矩阵A_ij＝ε^|i-j|描述。这意味着测量光束94的强度的ε的一部分将入射到任意紧邻的反射镜上；ε²的一部分将入射到相隔一个的相邻反射镜上，如此下去。应当理解，为了以下考虑有效不一定要满足这些设想。

在该设定下，测量值y_k可写为

y_k＝x_k+εx_k-1+εx_k+1+ε²x_k-2+ε²x_k+2+...            (3)

可通过以下方式求解x_k：

x_k＝y_k-εx_k-1-εx_k+1-ε²x_k-2-ε²x_k+2+...            (4)

在第一步中，根据方程(4)的x_k-1和x_k+1项被再次回代到方程(4)，其产生

x_k＝y_k-εy_k-1-εy_k+1+2ε²x_k+ε³x_k-3+ε³x_k+1+ε³x_k-1+ε³x_k+3+...     (5)

如此，可以递归地消除直到期望阶的所有εⁿx项。接着，在此计算中将忽略ε的更高阶。

图12的曲线图示出了通过忽略方程(5)中的更高阶项而导致的误差ERR与仍然考虑的阶ORD的依赖性。如可以看到的，如果考虑直到三阶ORD＝3的所有阶、并且忽略所有更高阶，则误差ERR非常小。已经设定ε＝1/30。对于ε＞1/8，如果反射镜如图6至11所示以规则栅格布置，则以上级数不能很好地收敛。这是因为每个反射镜于是具有8个紧邻的反射镜，并且如果ε＝1/8，则所选择的反射镜M_S上的辐照度与所有紧邻反射镜上的辐照度相同。

3、第三组实施例

图13是示出EUV投射曝光设备的示意图，其包括具有EUV辐射源30的照明系统12、反射掩模16和投射物镜20。物镜20包括六个反射镜M1至M6，其将掩模16的缩小像形成在置于支撑体24上的光敏表面22上。

在所示实施例中，最后一个反射镜M6是自适应(adaptive)反射镜。因此，提供了致动器单元130，其被构造为使反射镜M6的反射表面变形。确定变形，使得减小像差。这在像差随时间变化的情况下特别有用。这种随时间变化的像差通常由反射镜M1到M6的温度分布的变化而导致的，正如它们可能在掩模16或者由照明系统12产生的照明设置改变之后发生。

图14是穿过反射镜M6和致动器单元130的示意且更细节的截面图。致动器单元130包括多个固定到公共支撑结构133的致动器132，并且致动器132被构造为在反射镜M6上施加力，正如在图16中用双箭头示出的。通过致动器控制单元134控制致动器132，致动器控制单元134控制致动器132以获得所期望的表面变形。

因此，投射物镜20包括与前面参照图4所说明的测量装置基本相同的测量装置90。照明单元92包括多个照明部件103，该照明部件103朝向反射镜M6的光学表面上的所选择的且分开的区域引导测量光束94。而且在此实施例中，反射镜M6上照明的光斑如此大，以致于至少一个测量光束94不仅照明与该测量光束94关联的区域的至少一部分，而且照明不与该测量光束94关联的相邻区域的至少一部分。

被反射的测量光束进入检测器单元96的检测器光学部件98，并且接着被传感器100探测。确定照明单元92和检测器单元96的布置，使得其不干扰EUV投射光138。

连接到传感器100的评估单元基于由检测器单元96测量到的光束方向确定反射镜M6的形状。在闭环控制方案中，由测量装置90获得的表面形状信息被用于控制致动器132。

已经通过示例给出了优选实施例的以上说明。根据给出的公开，本领域技术人员将不仅理解本发明和其伴随的优点，还将发现对所公开的结构和方法的明显改变和修改。因此，申请人寻求覆盖落入本发明及其等同体的精神和范围内的所有这样的改变和修改，本发明的精神和范围由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种微光刻投射曝光设备，包括光学表面（46；M6）以及测量装置（90），所述测量装置（90）被构造为在所述光学表面（46；M6）上的多个分开的区域（M_ij）处测量与所述光学表面有关的参数，其特征在于所述测量装置（90）包括：

a）照明单元（92），其被构造为朝向所述光学表面上的所述区域（M_ij）指引单独测量光束（94），其中每个测量光束（94）照明与所述测量光束（94）关联的区域（M_ij）的至少一部分，以及不与所述照明光束（94）关联的相邻区域（M_ij）的至少一部分，

b）检测器单元（96），其被构造为在每个测量光束（94）与所述光学表面（46；M6）相互作用之后，测量每个测量光束（94）的特性，

c）评估单元（102），其被构造为：基于所述检测器单元（96）为

i）与所选择的区域（M_S）关联的测量光束（94）、以及

ii）与所选择的区域（M_S）相邻的区域（M_ij）关联的至少一个测量光束（94）

所确定的特性，确定所选择的区域（M_S）的表面相关参数。

2.如权利要求1所述的设备，其中关于所述光学表面（46；M6）且在多个区域处测量的参数界定所述光学表面的形状。

3.如权利要求1或2所述的设备，包括表面变形单元（130），其被构造为使所述光学表面（46；M6）变形。

4.如权利要求1或2所述的设备，其中所述光学表面（46；M6）被构造为至少反射所述测量光束的重要部分。

5.如权利要求1所述的设备，其中所述光学表面由反射镜（M_ij）阵列（46）形成，所述反射镜（M_ij）被适配为以响应于控制信号而可变化的反射角度将入射光线反射，并且其中每个反射镜表面关联至少一个区域。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述反射镜（M_ij）阵列（46）布置在所述设备的照明系统（12）中，并且其中所述反射镜（M_ij）朝向所述照明系统（12）的系统光瞳表面（70）指引投射光。

7.如权利要求5或6所述的设备，其中每个测量光束（94）在所关联的区域（M_ij）上产生最大强度的点（120），并且其中所述最大强度的点（120）相对于所述反射镜（M_ij）的中心略微且不规则地位移。

8.如权利要求1或2所述的设备，其中由所述测量光束（94）在所述光学表面上照明的多个光斑至少部分重叠。

9.如权利要求1或2所述的设备，其中所述评估单元（102）被构造为基于所述检测器单元（96）为所述照明单元（92）产生的所有测量光束（94）确定的特性，确定所选择的区域（M_S）的表面相关参数。

10.如权利要求9所述的设备，其中所选择的区域k的表面相关参数是x_k，其由以下线性方程系统确定：

$y_k=\underset{l}{\mathrm{\Σ}}{S}_{\mathrm{kl}}{x}_l$

其中y_k是所述检测器单元为被指引向区域k的测量光束所测量的特性，以及A_kl是实系数。

11.如权利要求10所述的设备，其中所述系数A_kl通过校准确定。

12.如权利要求1或2所述的设备，其中所述评估单元（102）被构造为：仅基于所述检测器单元（96）为被指引向所选择的区域（M_S）的紧邻以及相隔一个的相邻区域（M_ij）的测量光束（94）所确定的特性，确定所选择的区域（M_S）的表面相关参数。

13.如权利要求1或2所述的设备，其中所述照明单元（92）包括多个照明部件（103），每个所述照明部件（103）具有光出射面（106），所述光出射面（106）被构造为发射所述测量光束（94）之一，其中所述光学表面上照明的区域（M_ij）是所述光出射面（106）的像。

14.如权利要求13所述的设备，包括成像系统（114，116），其共同地将多于一个光出射面（106）成像在所述光学表面（46）上。

15.一种在光学表面的多个分开的区域处测量关于所述光学表面的参数的方法，所述光学表面包含在微光刻投射曝光设备中，所述方法包括以下步骤：

a）朝向所述光学表面上的所述区域指引单独测量光束，其中每个测量光束照明与所述测量光束关联的区域的至少一部分、以及不与所述测量光束关联的相邻区域的至少一部分，

b）在每个测量光束与所述光学表面相互作用后，测量每个测量光束的特性，

c）基于步骤b）中为

i）与所选择的区域关联的测量光束、以及

ii）与所选择的区域相邻的区域关联的至少一个测量光束所确定的特性，确定所选择的区域的表面相关参数。

Images