CN107111241B - 具有波前测量装置与光学波前操纵器的投射曝光设备 - Google Patents

Abstract

一种投射曝光设备，包含投射镜头(12)；波前测量装置，其测量在该投射镜头(12)中的波前，该波前测量装置包含莫尔光栅布置(14)，其具有设计为分别布置于该投射镜头(12)的物平面(20)中的物光栅(16)与像平面(22)中的像光栅(18)，其中该物光栅(16)与该像光栅(18)以从该物光栅(16)到该像平面(22)上的成像(24)与该像光栅(18)产生莫尔叠加图案的方式以真实比例的方式彼此协调，其中该莫尔光栅布置(14)以针对该物平面(20)中物场(26)和/或该像平面(22)中像场(28)的多个场点同时产生莫尔叠加图案的方式设计。

Description

具有波前测量装置与光学波前操纵器的投射曝光设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月7日申请的德国专利申请No.10 2014 226 269.0的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明关于一种投射曝光设备，其具有投射镜头；波前测量装置，测量该投射镜头中的波前；以及波前操纵器，其操纵该波前，该波前测量装置包含莫尔光栅布置，其具有设计为分别设置于该投射镜头的物平面中的物光栅与像平面中的像光栅，其中该物光栅与该像光栅以从该物光栅到该像平面上的成像与该像光栅产生莫尔叠加图案(superimposition pattern)的方式以真实比例的方式彼此协调。

背景技术

从DE 10 2005 026 628 A1已知一种波前测量装置。

波前测量装置在用于微光刻的投射曝光设备中使用。微光刻是半导体与微系统工程中心技术之一，用于制造集成电路、半导体部件及其他电子产品。微光刻的基本概念在于通过一个或多个曝光工艺将预定结构转印到基板(例如硅晶片)。前述预定结构通常包含形成于掩模母版(也已知为光掩模或掩模)上的微结构和/或纳米结构。该基板(晶片)涂布有光敏材料(光刻胶)。在曝光过程中，曝光光经由掩模母版引导到投射镜头，其中该曝光光在通过该投射镜头后，最后到达基板作用于该光敏材料上。在后续显影步骤中，基板以溶剂处理，使得在处理后，仅对应于掩模母版的预定结构的基板表面区域被光敏材料覆盖；或反之，使得此类区域变得无覆盖。最后，在以蚀刻溶液去除该基板表面的无光刻胶区域的蚀刻步骤中，掩模母版的预定结构转印到基板。

在半导体工程中，认为实现具有最小可能尺寸的结构至关重要，以增加单位面积上可集成的电路和/或半导体部件的数量，从而提升半导体部件的性能。可以微光刻方式实现的结构尺寸直接依投射镜头的分辨率能力而定，其中投射镜头的分辨率能力和曝光光的波长成反比。因此，使用来自光谱短波范围的电磁辐射作为曝光光具优势。如今，可能使用紫外(UV)光、特别是真空紫外(VUV)光作为具有193nm波长的曝光光。此外，先前技术还公开使用具有约7nm或13.5nm波长的极紫外(EUV)光作为曝光光的微光刻系统。注意到用语“微光刻”应作广义理解，且一般来说不仅关于小于1mm范围、还关于小于1μm范围的结构大小。特别是，微光刻甚至涵盖在纳米范围内的结构大小。

不过，使用UV、VUV及EUV光通常会导致光学成像像差，这可归因于例如在投射镜头中的光学元件的发热。因此，该发热与该曝光光的光子能量和其波长成反比的事实相关联。所以，光学元件在使用具有短波长的光时承载高热量输入，从而导致前述光学元件的光学性质受损，例如光学元件的折射率、反射系数或透射系数。由此造成的成像像差包括球面像差、像散、彗形像差、像场弯曲和畸变等单色成像像差。横向色像差和纵向色像差等成像色差也可由于此类过热而出现。

在新颖微光刻工艺中，为了提高分辨率，通常需要执行多个连续曝光工艺。在此种情况下，对曝光质量而言，连续曝光工艺的曝光结构关于彼此高度准确对准至关重要。这伴随着侧向结构定位所要求准确度的提高。

再者，重要的是投射镜头的像平面与光刻胶尽可能准确对准，以抵消远心度误差，举例来说于其中曝光位置在光传播方向上变化。远心度误差不可避免会导致对曝光准确度具有不良影响的侧向像位置变化。

除了上文所提及原因之外，涂布有光刻胶的半导体基板表面的不平整也会导致成像质量受损。这通常会涉及通过旋转涂布所施加的光刻胶，其具有由于施加工艺的不均匀厚度。为了补偿此类不均匀性的影响，必须准确地使投射镜头的焦点位置适配于基板表面。

在此背景下，光学波前操纵器用于操纵曝光光的波前，从而影响像差的校正。举例来说，从DE 10 2013 204 391 B3已知一种光学波前操纵器，所述光学波前操纵器具有表面形状和/或折射率分布可逆变化的操纵器表面。因此，用于动态影响曝光光线的波前的波前操纵为可行的。光学波前操纵器的另一示例包含多个可移动正负(positive-negative)非球面。再者，先前技术公开具有分面反射镜的光学波前操纵器，该分面反射镜包含多个分面，其在各种情况下均可沿着至少一个空间方向通过致动器系统移动和/或可绕着至少一个轴倾斜。

为使光学波前操纵器能以微光刻所要求的高可靠度作用，可靠地测量波前非常重要。基于所测量的波前，光学波前操纵器对应设定以实现所需像差校正。先前技术公开一种适合确定远心度、畸变、彗形像差和/或像壳(image shell)像差的干涉波前测量方法。而且，已知在引言中所提及类型的莫尔光栅布置可用于确定远心度误差。

不过，从先前技术已知的波前测量装置受到波长测量耗时的缺点影响。结果使得生产量损失提高，且曝光效率降低。而且，成像像差无法及时识别，因此光学波前操纵器的设定误差无法近乎瞬间或完全消除。

发明内容

因此，本发明的目的为开发一种在引言中所提及类型的投射曝光设备，能实现使波前测量速度加快且生产量损失降低的效果，并具有至少维持相同的测量准确度，以能实现可靠同时高效的波前操纵。

根据本发明，此目的通过如权利要求1的投射曝光设备实现。

根据本发明的投射曝光设备的波前测量装置可和将位于物平面中掩模母版上的结构成像到像平面中涂布光刻胶的基板表面上的微光刻投射镜头相互作用。凭借物光栅布置于物平面中且像光栅布置于像平面中，该物光栅可由投射镜头成像到该像平面上。物光栅的所得成像称为空间像，并和同样位于像平面中且作为该空间像的参考光栅的像光栅叠加。由于物光栅与像光栅以真实比例(true to scale)的方式彼此协调，因此空间像除了可能的成像像差之外，还以真实比例的方式与像光栅协调。空间像与像光栅的叠加会产生依投射镜头的光学性质而定的莫尔叠加图案。具体而言，这意味着与投射镜头的光学性质相关联的所有成像像差均转移到所得的莫尔叠加图案。投射镜头的成像像差可通过后续莫尔叠加图案的检测和/或分析来推断。

在此种情况下，可能针对物场和/或像场的至少两个场点产生莫尔叠加图案。所以，根据本发明的波前测量装置使得可能在物场和/或像场的多个场点处同时执行波前测量。

具优势地，通过波前测量装置，由于测量并非在不同时间在各单独波点处执行，因此波前可以莫尔技术固有的高准确度且同时高效地进行测量。结果在曝光中的生产量损失降低。由于波前测量通常会在曝光暂停时进行，因此可缩短曝光暂停持续时间。

再者，根据本发明的投射曝光设备的波前测量装置对于波前的近场操纵而言是有利的，因为可基于检测的莫尔叠加图案在投射镜头中有效地控制或调节光学波前操纵器。由于莫尔技术的简单性和稳定性(robustness)，因此本发明对于简化可靠的波前操纵特别具优势。

此外，该波前操纵器为闭环操作的。

在本发明的范围内，波前测量装置可配置成仅测量波前的一部分，尤其是Zernike多项式的较低阶数与特别是畸变和/或散焦，而非整个波前或较高阶数Zernike多项式，如同干涉波前测量装置的情况。

在一个优选配置中，多个场点为物场和/或像场的有限数量的限定场点。

限定场点的数量可尽可能地多。此措施使波前测量能同时在投射镜头的大部分或甚至整个物场和/或像场上方进行。具优势地，通过单一波前测量，可能针对该整个物场和/或像场推知投射镜头的成像像差。

在另一优选配置中，物光栅的成像和/或像光栅可旋转关于投射镜头的光轴的角度。

此措施实现空间像的光栅取向(orientation)和像光栅的光栅取向之间角度的设定，其中物光栅和/或投射镜头可为此目的而相对于像光栅旋转。相对于像光栅对应旋转的空间像的出现取决于旋转角度。通过以有目标的方式设定的旋转角度，可有利地基于产生的莫尔叠加图案关于成像像差的旋转对称性检查成像像差。

在另一优选配置中，产生的莫尔叠加图案作为物光栅到像平面上的成像与像光栅的至少部分相干(coherent)叠加的结果出现。

此措施使得可能执行波前测量而在波前测量上无任何质量损失，甚至在物光栅和像光栅之间部分不相干的情况下也如此。具优势地，波前测量的稳定性与和其相关联的可靠性提高。

在另一优选配置中，莫尔光栅布置具有衍射光栅，其中物光栅的成像具有由该衍射光栅所产生的至少两个不同衍射级的干涉。

此措施考虑在曝光工艺中发生且影响成像质量的衍射效应。衍射效应相关的投射镜头的那些成像像差由此可以有利地“储存”在莫尔叠加图案中。

在另一优选配置中，物光栅和/或像光栅具有“径向”延伸的多个光栅线。

径向延伸的光栅线用于产生莫尔对比图像(contrast image)。此措施具优势地实现结构分辨率能力特别高的波前测量。

在另一优选配置中，物光栅和/或像光栅包含具有交替单元取向(cellorientation)的多个光栅单元。

通过该交替单元取向，在关于投射镜头的光轴横向延伸的平面中具有方向相关性的投射镜头的光学性质，可随之在产生的莫尔叠加图案中被列入考虑。所以，优选通过光栅单元的单元取向的选择，可以简单方式将与投射镜头的上述方向相关光学性质相关联的不同成像像差列入考虑。

在另一优选配置中，物光栅和/或像光栅的光栅结构具有周期性线性和/或周期性二维光栅结构。

通过周期性光栅结构，投射镜头的成像像差、特别是畸变在莫尔叠加图案中变得特别明显可见，这对应于波前测量的有利地提高的灵敏度。借助于该线性和/或二维光栅结构，成像像差可在莫尔叠加图案中视需要检测到。

在另一优选配置中，波前测量装置包含评估单元，用于检测产生的莫尔叠加图案，以从前述图案确定投射镜头的成像像差。

此措施使得可能从产生的莫尔叠加图案推断投射镜头的成像像差(例如畸变)。具优势地，确定成像像差特别简单且有效率。

在另一优选配置中，该评估单元设计为确定产生的莫尔叠加图案的对比图像、强度分布、相位分布、像场弯曲、像散和/或畸变。

借助于此措施，根据本发明的投射曝光设备的波前测量装置能关于投射镜头的成像像差执行投射镜头的定量检查。这有利地实现对于投射镜头特别可靠的像差校正，或对于光学波前操纵器特别可靠的设定校正。

在另一优选配置中，该波前测量装置包含荧光元件，其直接布置于像光栅下游。

该荧光元件用于光学放大产生的莫尔叠加图案。具优势地，因此可以提高的准确度检测莫尔叠加图案，使得波前测量结果特别可靠。

在另一优选配置中，该波前测量装置包含散焦(defocus)系统，用于散焦物光栅的成像和/或用于散焦像光栅。

通过根据本发明实施例的散焦系统，空间像和/或像光栅的散焦可以有目标的方式实现，使得平常难以投射镜头检测的成像像差(例如通过投射镜头产生的像场弯曲和/或固有散焦)被有利地列入考虑。

在另一优选配置中，波前具有Zernike阶数Z2、Z3、Z4、Z5和Z6至少之一的像差。

在微光刻中使用Zernike阶数(或Zernike系数)表征像差，其中像差的复杂度随着Zernike阶数提高。同时已知低Zernike阶数的像差比较高Zernike阶数的像差更不稳定且更易受波动影响。由于所使用莫尔技术的快速性，尽管投射镜头的成像像差不稳定或易受波动影响，本发明仍具优势地实现可靠的波前测量。

在另一优选配置中，波前测量装置以以下方式设计：通过场解析焦点错开(field-resolved focus stagger)测量和/或干涉测量，测量具有Z2、Z3、Z4、Z5和Z6中的至少之一Zernike阶数的像差的波前。

此措施实现用于波前测量的结合测量技术。具优势地，场解析焦点错开测量和/或干涉测量的优点可由莫尔技术的上文提及的优点和其他优点补足。

投射镜头与根据上文说明的一种或多种配置的波前测量装置相互作用，和/或包含该波前测量装置。投射镜头可在投射曝光设备中、特别是在UV和/或EUV微光刻中使用，优选可并入前述设备。

操纵投射镜头中的波前的光学波前操纵器与根据上文说明的一种或多种配置的波前测量装置相互作用，使得该光学波前操纵器是基于波前测量装置的至少一个测量结果而可控的。

波前操纵器可设置于投射镜头内的中间像中，或此中间像附近。

根据本发明的投射曝光设备包含根据上文说明的一种或多种配置的光学波前操纵器与波前测量装置，其中该波前操纵器基于光学波前操纵器和该波前测量装置的相互作用，校正投射镜头中的波前，以优化该投射镜头的成像性能。

一种根据本发明操作投射曝光设备的方法包含迭代优化光学波前操纵器的设定，其中该投射曝光设备包含根据上文说明的一种或多种配置的光学波前操纵器与波前测量装置，其中迭代优化包含下列方法步骤：通过波前测量装置测量波前；评估波前测量结果；以及基于评估设定光学波前操纵器。

如此，波前测量装置用作原位(in-situ)测量技术，优选在其操作过程中，与光学波前操纵器相互作用，监测及优化投射镜头的成像性能。举例来说，结果校正了归因于位于投射镜头中透镜元件的发热的波前像差。具优势地，投射镜头的成像像差被特别快速地检测并校正。

操纵波前优选在闭环中进行。

更多优点与特征应可从下列说明与附图变得显而易见。

不言而喻，上文提及的特征与下文待解说的特征不仅可在分别指示的结合中使用，也可在其他结合中或通过其自身使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

本发明的示例性实施例在附图中示出，并加以参考在下文中进行说明。在图中：

图1显示根据一个示例性实施例的波前测量装置的示意图；

图2A-C显示根据另一示例性实施例的莫尔叠加图案的示意图；

图3显示根据另一示例性实施例在投射曝光设备中的波前测量装置的示意性子午截面；

图4显示根据另一示例性实施例的莫尔光栅布置的示意图；

图5显示根据另一示例性实施例的莫尔光栅布置的光栅结构的示意图；

图6A显示根据另一示例性实施例的莫尔光栅布置的光栅结构的示意图；

图6B显示与图6A的莫尔光栅布置相关联的莫尔叠加图案的示意图；

图7A-C显示根据具有合并的散焦的另一示例性实施例的莫尔叠加图案的示意图；

图8显示在波前的非旋转对称像差的情况下根据另一示例性实施例的多个莫尔叠加图案的示意图；

图显示9A-B根据另一示例性实施例的具有线性光栅结构的莫尔光栅布置的莫尔叠加图案的示意图；

图9C显示根据另一示例性具体实施例的具有二维光栅结构的莫尔光栅布置的莫尔叠加图案的示意图；

图10A-B显示根据另一示例性实施例的具有二维光栅结构的莫尔光栅布置的莫尔叠加图案的示意图，其中物光栅相对于像光栅旋转；以及

图11显示投射曝光设备的示意图。

具体实施方式

首先参照图11说明投射曝光设备100，例如光刻步进机或扫描仪。

该投射曝光设备包含光源54，其用于产生例如在UV、VUV或EUV光谱范围内的照明光；以及照明单元58。照明单元58将来自光源54的光引导到设置于投射镜头12的物平面20中的掩模母版106。掩模母版106包含精细结构的图案，其通过投射镜头12成像到设置于像平面22中的基板或晶片112上，由此以来自来源54的光曝光该晶片。晶片112支撑在晶片台116上。投射镜头12包含像是透镜和/或反射镜的多个光学元件，其中示例性显示两个透镜118与120。应理解，在投射镜头12中光学元件的数量在实践中为两个以上。在图11中进一步显示波前操纵器48，用于操纵投射镜头12中的波前以优化投射镜头12的成像质量。控制器或致动器124控制或致动操纵器48。操纵器48可包含一个或多个光学元件，其可在光轴30的方向上位移，并/或垂直于轴30。操纵器48的其他示例包括可变形光学元件和/或可加热/冷却的光学元件，以操纵波前。

在下文中，将会说明投射曝光设备100的更多方面，特别是在可与波前操纵器48相互作用的投射曝光设备100中使用的波前测量装置的实施例。

图1在非真实比例的高度示意图中，显示一般提供有参考标记10a的波前测量装置。波前测量装置10a用于测量投射镜头12中的波前，并包含莫尔光栅布置14，其具有物光栅16与像光栅18。物光栅16设置于投射镜头12的物平面20中，其中像光栅18设置于投射镜头12的像平面22中。

如图1所示，光线(示例性显示为箭头)在到达像平面22中的像光栅18前，通过物光栅16与投射镜头12。在此种情况下，物光栅16由投射镜头12成像到像平面22上成为空间像24(以虚线示例性显示)。不言而喻，所述光线为高度示意性例示的，并非以真实比例的方式。再者，不言而喻，此处所示空间像24同样为高度示意性的。

在此处所示的示例性实施例中，物光栅16与像光栅18均具有由分别相对于物平面20与像平面22倾斜延伸的多个线构成的光栅结构。物光栅16与像光栅18以真实比例的方式彼此协调。这意味着物光栅16的光栅结构与像光栅18的光栅结构仅在其比例上彼此不同，使得物光栅16的空间像24和在像平面22中的像光栅18叠加以形成莫尔叠加图案。

在物平面20中，物光栅16限定物场26，其中像光栅18在像平面22中限定像场28。应注意，投射镜头12、物平面20、像平面22、物场26及像场28示为虚线，以清楚表示这些部件与平面并非波前测量装置10a的结构化部件，而是仅和后者相互作用。

物场26与像场28皆具有多个场点，各场点均分配通过物光栅16、投射镜头12和/或像光栅18的光的至少一个波前。再者，莫尔光栅布置14设计为使得波前测量可在物场26和/或像场28的多个、优选为大量的限定场点处同时执行。这凭借莫尔叠加图案针对物场26和/或像场28的至少两个场点、优选为大量场点同时产生的事实而进行。借助于因此所产生的莫尔叠加图案，可得出关于投射镜头12的光学性质的结论，以(如适用)识别投射镜头12的成像像差或实行校正措施。

图2显示由于空间像24a-c和像场28a-c的叠加，因此分别出现的三种示例性莫尔叠加图案。

在图2A中，空间像24a与像场28a在各种情况下均具有实质上周期性光栅结构，其中两个光栅结构关于图1所示投射镜头12的光轴30相对于彼此稍微旋转。如在图2A中显而易见，设置于两个暗细长条纹之间形式为明亮细长条纹的莫尔叠加图案，由空间像24a和像场28a的叠加引起。条纹的纵向实质上分别垂直于空间像24a与像场28a的光栅线定向。此类莫尔叠加图案称为旋转莫尔。

图2B显示称为比例莫尔的另一莫尔叠加图案。空间像24b与像场28b的光栅结构的周期彼此略有不同。换言之，空间像24b与像场28b的光栅结构具有不同“比例”，其中光栅结构并未相对于彼此旋转。产生的莫尔叠加图案具有实质上平行于光栅线且在亮暗之间交替的多个条纹。

在图2C中，空间像24c与像场28c的光栅结构并未相对于彼此旋转，也没有不同的周期。产生的莫尔叠加图案与图2A、2B所示示例相比，没有条纹在亮暗之间交替。这涉及均匀或规则的莫尔叠加图案，其强度(特别是随时间)可改变或调整。为此目的，两个光栅之一在垂直于光栅线的方向上位移、特别是侧向位移。

图2A-C所示示例对关于可产生的所有莫尔叠加图案的完整性不作任何主张，并仅用于示意性阐明本发明。依产生的莫尔叠加图案而定，可能确认投射镜头12是否偏离所需功能及到何种程度，使得在投射镜头12的成像性质的设定上的改变可以有目标的方式实现。

图3显示在投射曝光设备110中使用的波前测量装置10b的另一示例性实施例，其中除了图1所示部件之外，包含评估单元32，其用于检测产生的莫尔叠加图案。在此处所示的示例性实施例中，评估单元32包含检测光学单元34，其包含第一透镜元件36、反射镜38和第二透镜元件40；以及还有照相机42。评估单元32沿着投射镜头12的光轴30设置于莫尔光栅布置14下游。在此种情况下，在光传播方向上，反射镜38设置于第一透镜元件36下游，第二透镜元件40设置于反射镜38下游，且照相机42设置于第二透镜元件40下游。评估单元32用于从产生的莫尔叠加图案确定投射镜头12的成像像差。在所示的示例性实施例中，再者，荧光元件44、特别是荧光层布置于莫尔光栅布置14和估计单元32之间。荧光元件44用于光学放大产生的莫尔叠加图案，使得后者可由评估单元32检测，图像质量足以用于微光刻。

不言而喻，图3所示评估单元32与荧光元件44仅代表波前测量装置10b的许多可能配置之一。举例来说，根据另一示例性实施例的评估单元32可具有不同数量的光学元件(透镜元件、反射镜、棱镜等)。评估单元32的光学部件的布置还可依示例性实施例而变化。根据另一示例性实施例，还可使用不同的发光元件(例如磷光层)代替荧光元件。

照相机42通过例示为虚线的线，在发信号方面经由控制单元46连接到光学波前操纵器48。如由评估单元32确定的投射镜头12的成像像差由控制单元46接收，其基于确定的成像像差产生对应控制信号且将其传送到光学波前操纵器48。所以，波前测量装置10b能基于波前测量结果改变光学波前操纵器48的设定，使得成像像差被抵消。根据另一示例性实施例，照相机42包含CCD照相机，其中同样可设想其他类型的照相机或光电捡测器(例如CMOS光电检测器、光电二极管和/或光电晶体管)。波前操纵器48可以闭环进行操作或控制。

光学波前操纵器48与波前测量装置10b可在光刻步进机或扫描仪110中提供，其中波前操纵器48基于光学波前操纵器48和波前测量装置10b的相互作用，校正投射镜头12中的波前以优化投射镜头12的成像性能。特别是，波前操纵器48可布置于投射镜头12的中间像中或中间像附近。

根据另一示例性实施例，在光学波前操纵器48的设定上的改变借助于波前测量装置10b迭代地执行。这意味着每次迭代均影响到波前测量，其结果后续由评估单元进行评估，其中控制单元46基于评估结果将对应控制信号传送到光学波前操纵器48。可执行此迭代程序直到光学波前操纵器48获取所需设定，且投射镜头12达到所需成像质量。

投射镜头12除了光学波前操纵器48之外包含其它光学元件，其中为了简化，此处仅显示物侧透镜元件50a、像侧透镜元件50b和布置于物侧透镜元件50a和像侧透镜元件50b之间的一个光阑52。不言而喻，投射镜头12的光学元件的数量和/或布置可依示例性实施例而变化。在所示的示例性实施例中，光学波前操纵器48接近物场20布置，然而这对于本发明不应理解为限制性。原则上，还可设想光学波前操纵器48布置为接近像场22或在投射镜头12的中间像中。

在特别是包含投射镜头12的投射曝光设备100的微光刻系统的操作过程中，分别布置于物平面20与像平面22中的掩模母版106与基板112在图3与图1中未显示。应注意，莫尔光栅布置14可在掩模母版和/或基板并入投射曝光设备的情况下及在相反情况下皆用于波前测量。

在此处所示的示例性实施例中，进入的光线从光源54出射，并在光线到达物光栅16前通过准直仪56准直。准直仪56为照明光学单元58的一部分，其中此处所示照明光学单元58仅为举例。

图4显示莫尔光栅布置14的另一示例性实施例，其中物光栅16的光栅取向可相对于像光栅18的光栅取向旋转关于投射镜头12的光轴30的角度60。物光栅16的光栅取向在图4中由二维笛卡尔坐标系统中的x与y轴例示性表示，其中投射镜头12的光轴30垂直于x轴与y轴所延展平面延伸通过原点O。像光栅18的光栅取向由第二二维笛卡尔系统中的x′与y′轴例示性表示，该第二二维笛卡尔系统相对于第一笛卡尔系统关于原点O旋转角度60，其中首先x轴相对于x′轴旋转，其次y轴相对于y′轴旋转。

根据一个示例性实施例，角度60可以1°、0.1°和/或0.01°的准确度设定。根据另一示例性实施例，自动角度设定并入上文提及的迭代设定改变程序中，使得每次迭代均执行不仅一次而是多次连续莫尔测量，其中角度60增加和/或减少介于相邻莫尔测量之间的可预定增量。根据另一示例性实施例，角度60的增量为15°的整数倍，优选为45°、60°、90°或180°。

图5显示另一莫尔叠加图案，其中物光栅16和/或像光栅18具有多个矩形光栅段，其短边沿着两个同心圆排列。所以，物光栅16和/或像光栅18具有切向延伸的线性光栅线。如图2B所示，莫尔叠加图案由于两个线性光栅的光栅周期的稍微失调(detuning)而出现。数量级在亚毫米和/或微米范围内的成像像差可列入考虑。在此处所示的示例性实施例中，物光栅16和/或像光栅18附加配备多个双十字形62，其用于物光栅16和像光栅18之间的相对对准。

图6A显示莫尔光栅布置14的另一示例性实施例，其中物光栅16和/或像光栅18包含具有交替单元取向的多个光栅单元64。在此处所示的示例性实施例中，各光栅单元64均具有在亮暗之间交替的多个垂直或水平条纹。该单元取向在相邻光栅单元64之间从垂直变换到水平，或从水平变换到垂直。对应的莫尔叠加图案在图6B中显示，其中可看出由十字形与相加重叠亮暗条纹构成的多个十字光栅状图案结构。根据另一示例性实施例，该单元取向在相邻光栅单元64之间改变非90°的角度，优选为45°和/或135°。具优势地，由此可能测量具有Zernike阶数Z5与Z6至少之一的像差的波前。

图7A-C显示三种莫尔对比图像，其中启动通过散焦系统导致的空间像24和/或像光栅18的逐渐散焦。在针对图7A的莫尔测量的情况下，该散焦微乎其微，其中可看到在朝向像中心的方向上从莫尔对比图像的边缘延伸的低对比度环。在针对图7B的莫尔测量的情况下，启动1.5μm的散焦。产生的莫尔对比图像在边缘处具有薄的低对比度环，且在与该低对比度环有距离处的像中心具有圆形低对比度区。在针对图7C的莫尔测量的情况下，启动2.5μm的散焦，使得在莫尔对比图像中可看出环绕像中心的圆形低对比度区。从图7A到图7C，莫尔对比图像的焦点从像中心经由像场区变化到像边缘。从此类莫尔对比图像开始，一系列成像像差(例如像场弯曲的曲线)均可以简单方式确定。

图7A-C各显示投射镜头12的成像像差和/或莫尔叠加图案14的错误配置可通过以有目标的方式启动的散焦进行确认。

如搭配图4所解说，可能基于相同莫尔光栅布置14的多个莫尔叠加图案，关于投射镜头的光学像差的对称性质检查投射镜头的光学像差。这在下文通过图8中的示例显示。

图8揭示四种莫尔叠加图案，在其情况下，空间像24(例示为实线)与像光栅18(例示为虚线)相对于彼此旋转关于光轴30(图1、图2)的角度。该角度分别为0°、90°、180°及270°。根据一个示例性实施例，该角度的设定由物光栅16关于光轴30相对于像光栅18的旋转实现。根据另一示例性实施例，该角度设定由投射镜头绕着光轴30的旋转实现。

各莫尔叠加图案均具有在亮暗之间变换的弯曲条纹。这和空间像24受到归因于投射镜头的光学性质的受损的畸变影响的事实相关联。在旋转对称畸变的情况下，莫尔测量产生独立于空间像24和像光栅18之间角度的莫尔叠加图案。与旋转对称畸变相比，在非旋转对称畸变的情况下的莫尔测量，如图8所示，产生依空间像24和像光栅18之间角度而表现不同的莫尔叠加图案。

莫尔光栅布置14可以不同方式设计。图9A显示周期性一维物光栅的空间像24d，其中空间像24d与具有稍微相对于空间像24d旋转的光栅取向的周期性一维像光栅18d叠加。在此种情况下，出现在亮暗之间变换的弓形条纹，前述条纹在此处所示的示意图中实质上水平延伸。类似的莫尔叠加图案在图9B中显示，在其情况下，在亮暗之间变换的弯曲条纹在此处所示的示意图示中实质上垂直延伸。图9A与图9B的莫尔光栅布置称为交叉光栅。应注意，用语“莫尔光栅布置”涉及在各种情况下均包含一方面至少一个物光栅和/或至少一个空间像，以及另一方面至少一个像光栅的光栅布置。

图9C显示来自由两个交叉光栅构成的莫尔光栅布置14的莫尔叠加图案。这涉及由图9A与图9B所示两个光栅结构的相加总和引起的周期性二维光栅结构。所以，图9C所示莫尔叠加图案为图9A与图9B所示两个莫尔叠加图案的叠加。

图10显示莫尔叠加图案的另两个示例，在其情况下，各个空间像24与各个像场28相对于彼此旋转，并具有周期性二维光栅结构。借助于结果所得到的莫尔干涉图，关于可能的成像像差，例如变形和/或三波图(three-wave figure)，可简单且准确地检查投射镜头12。应注意，用语“莫尔干涉图”不应以严格物理意义理解，而是关于形状类似于一般干涉图案的莫尔叠加图案。

根据另一示例性实施例，波前测量装置10a、b实现莫尔测量的组合与不同类型的波前测量，例如场解析焦点错开(field-resolved focus stagger)测量和/或干涉测量。所以，各个测量方法的优点可结合以提高波前测量的准确度与可靠性。根据另一示例性实施例，场解析焦点错开测量和莫尔测量结合，其中该场解析测量针对具有Zernike阶数Z4的像差的波前执行，而波前的莫尔测量在物场26和/或像场28的多个、优选为所有场点处执行。

根据另一示例性实施例，莫尔测量和干涉测量结合，在掩模母版上省略用于物光栅16和/或像光栅18内干涉测量的测量标记的多个区域。此措施导致波前测量的稳定性提高，其中可容许在场曲线内、特别是长波场曲线内的某些信息损失，而不会损失波前测量质量。

根据另一示例性实施例，产生的莫尔叠加图案由于空间像24和像光栅16的至少部分不相干叠加而出现。在从先前技术已知的干涉波前测量方法中，严格相干叠加、特别是在相干长度内的叠加为必要的，以使干涉图案出现。与之相比，通过本发明，即使在空间像24和像光栅16之间不存在相干性，可靠的波前测量仍为可能的。

根据另一示例性实施例，莫尔光栅布置14包含衍射光栅。该衍射光栅用于产生进入的光的不同衍射级，其成像到像平面22上且彼此干涉。空间像24由所涉及衍射级的干涉导致。

根据另一示例性实施例，评估单元32设计为确定下列成像像差的至少一个：旋转对称畸变、非旋转对称畸变、彗形像差、散焦、像场弯曲、香蕉形状(连续像场弯曲)。为此目的，评估单元32可基于产生的莫尔叠加图案确定一系列物理变量，例如对比度分布和/或强度分布、相移、亮度分布等。

根据另一示例性实施例，莫尔对比度分布和/或莫尔相位通过将一段期间的乘积(product)强度平均来确定。在此种情况下，空间像24的强度分布和像光栅16的强度分布相乘，乘积在空间像24的光栅周期期间积分。最后，该积分结果被空间像24的光栅周期划分。所得莫尔强度分布和数字1与另一被加数的总和成正比，该另一被加数含有莫尔对比度分布和莫尔相位角的余弦的乘积。所以，可确定两个物理变量中的至少一个：莫尔对比度分布与莫尔相位。最后，投射镜头12的畸变可从所确定的莫尔相位确定。

上述用于确定相移的方法具有受限于干扰效应(例如谐波效应)的准确度。为提高莫尔相位确定的准确度，可实行一系列措施。举例来说，可采用下列措施之一：使用多步骤方案、使用具有甚至较小光栅结构的莫尔光栅布置、使用压电表(piezo-tables)、设定宽色彩莫尔叠加图案、空间卷积和/或滤波、使用多条纹方法等。

根据另一示例性实施例，莫尔光栅布置14具有格子光栅。此措施具有产生的莫尔叠加图案的莫尔条纹即使在旋转对称畸变的情况下仍呈现旋转例如45°的优点。这与沿着物场26和/或像场28的x和/或y轴不存在衍射级的事实相关联。因此，此措施针对投射镜头的光学像差实现特别灵敏的检测方法。

根据另一示例性实施例，莫尔光栅布置14包含具有二维光栅结构的至少一个格子光栅(chequered grating)。此类莫尔光栅布置使得可能产生具有特别高准确度的多条纹莫尔叠加图案。

Claims (15)

1.一种曝光晶片的微光刻投射曝光设备，包含：投射镜头；光学波前操纵器(48)，其操纵在该投射镜头中的波前；以及波前测量装置(10a、b)，其测量在该投射镜头(12)中的波前，该波前测量装置(10a、b)包含莫尔光栅布置(14)，其具有分别设计为布置于该投射镜头(12)的物平面(20)中的物光栅(16)与像平面(22)中的像光栅(18)，其中该物光栅(16)与该像光栅(18)以从该物光栅(16)到该像平面(22)上的成像(24)与该像光栅(18)产生莫尔叠加图案的方式以真实比例的方式彼此协调，其中该莫尔光栅布置(14)设计为使得针对该物平面(20)中的物场(26)和/或该像平面(22)中的像场(28)的多个场点同时产生该莫尔叠加图案，其中该光学波前操纵器(48)与该波前测量装置(10a、b)相互作用，使得基于该波前测量装置(10a、b)的至少一个测量结果，可控该光学波前操纵器，其中该波前操纵器校正该投射镜头(12)中的波前，以优化该投射镜头(12)的成像性能，且其中该波前操纵器配置成在闭环中进行控制，其中该物光栅(16)和/或该像光栅(18)包含具有交替单元取向的多个光栅单元(64)，以及其中该光学波前操纵器布置于该投射镜头的中间像中或中间像附近。

2.如权利要求1的投射曝光设备，其中所述多个场点为该物场(26)和/或该像场(28)的有限数量的限定场点。

3.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该物光栅(16)的成像(24)和/或该像光栅(18)可旋转关于该投射镜头(12)的光轴(30)的角度。

4.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该产生的莫尔叠加图案由于该物光栅(16)到像平面(22)上的成像(24)与该像光栅(18)的至少部分相干叠加而出现。

5.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该莫尔光栅布置(14)具有衍射光栅，其中该物光栅(16)的成像(24)具有该衍射光栅所产生的至少两个不同衍射级的干涉。

6.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该物光栅(16)和/或该像光栅(18)具有径向延伸的多个光栅线。

7.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该物光栅(16)和/或该像光栅(18)的光栅结构具有周期性线性和/或周期性二维光栅结构。

8.如权利要求1或2的投射曝光设备，特征在于，所述投射曝光设备还包括评估单元(32)，其检测该产生的莫尔叠加图案，以从所述图案确定该投射镜头(12)的成像像差。

9.如权利要求8的投射曝光设备，其中该评估单元(32)设计为确定该产生的莫尔叠加图案的对比图像、强度分布、相位分布、像场弯曲、像散和/或畸变。

10.如权利要求1或2的投射曝光设备，特征在于，所述投射曝光设备还包括荧光元件(44)，其直接设置于该像光栅(18)下游。

11.如权利要求1或2的投射曝光设备，特征在于，所述投射曝光设备还包括散焦系统，其散焦该物光栅(16)的成像(24)和/或散焦该像光栅(18)。

12.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该波前具有Zemike阶数Z2、Z3、Z4、Z5和Z6至少之一的像差。

13.如权利要求1或2的投射曝光设备，其中该波前测量装置设计为使得通过场解析焦点错开测量和/或干涉测量，测量具有来自Z2、Z3、Z4、Z5和Z6中的至少一个Zernike阶数的像差的波前。

14.一种操作如权利要求1至13中任一项的投射曝光设备的方法，其中该方法包含迭代优化该光学波前操纵器(48)的设定，其中下列方法步骤在每次迭代中均执行：

-通过该波前测量装置(10a、b)测量波前；

-评估波前测量结果；以及

-基于该评估设定该光学波前操纵器(48)。

15.如权利要求14的方法，其中该光学波前操纵器在一闭环中进行控制。

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