CN107278280B

CN107278280B - 用于检查及量测的方法和设备

Info

Publication number: CN107278280B
Application number: CN201680011939.5A
Authority: CN
Inventors: K·范贝尔克; D·阿克布卢特; J·J·M·范德维基德翁; F·泽普
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-03-01
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: TW201643416A; TWI588476B; US20160246189A1; KR102025215B1; WO2016135166A2; WO2016135166A3; KR20170117529A; NL2016311A; US9927722B2; CN107278280A

Abstract

公开了一种用于部件相对于表面的位置控制的方法和设备。所述方法可以包括：计算作用在所述部件和所述表面之间的卡西米尔力的估计效应或由作用在所述部件和所述表面之间的卡西米尔力导出的估计效应；和使用所述估计效应补偿所述部件相对于所述表面的定位。

Description

用于检查及量测的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年2月25日递交的欧洲申请15156499.4的优先权，并且其通过引用全文并入本文。

技术领域

本说明书涉及一种控制两个物体之间的距离的方法和设备。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或更多个管芯)上。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可以通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监测光刻过程，图案化的衬底被检查，并且图案化的衬底的一个或更多个参数被测量。所述一个或更多个参数可以包括例如形成在图案化的衬底中或图案化的衬底上的连续的层之间的重叠误差和/或经过显影的光敏抗蚀剂的临界线宽。可以在产品衬底的目标本身上和/或在设置在衬底上的专用的量测/检查目标上执行所述测量。存在多种技术用于测量在光刻过程中形成的显微结构，包括使用扫描电子显微镜和/或不同的专用工具来进行测量。

一种快速且非侵入形式的专用的检查工具是散射仪，其中辐射束被引导至衬底表面上的目标上，并且测量散射或反射束的属性。通过在所述束已经被衬底反射或散射之前和之后比较束的一个或更多个属性，可以确定衬底的一个或更多个属性。已知两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并且测量散射到特定的窄的角度范围中的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角分辨散射仪使用相对窄带的辐射束，并且将散射的辐射的强度作为角度的函数测量。

散射测量的特定应用是在周期性的目标内测量特征非对称性。这可以被用作例如重叠误差的测量，但是其他应用也是已知的。在角分辨散射仪中，可以通过比较衍射光谱的相对部分(例如，比较周期性光栅的衍射光谱中的-1级和+1级)测量非对称性。这可以用例如在美国专利申请公开号US2006-066855中描述的角分辨衍射仪简单地完成。

发明内容

随着在光刻处理中物理尺寸的减小，例如需要增大测量精确度和/或减小专用于量测/检查的目标所占据的空间。基于图像的散射测量已经被设计为允许使用更小的目标，通过使用-1和+1级的辐射轮流获取目标的单独的图像。在公开的美国专利申请公开号US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0044470中描述了该基于图像的技术的示例，它们通过引用全文并入本文。

然而，对目标尺寸的进一步减小和改进的精确度的需要继续存在，并且现有的技术遇到各种限制，这些限制使得很难保持精确度和/或减小目标的尺寸。改进检查和测量技术的另一种方法是使用固体浸没透镜(SIL)作为最接近衬底表面的光学元件。SIL与衬底表面(例如，目标表面)的极限接近导致具有大于1的非常高效的数值孔径(NA)的近场辐射。使用具有该SIL的相干辐射源允许检查非常小的目标。

为了利用增大的数值孔径的优点，SIL和衬底之间的间隙需要被设定为期望值。例如，间隙可以在λ/40至λ/8(其中λ为测量辐射的波长)的范围内以使SIL与衬底有效光学接触。示例性的光学间隙测量方法和设备可以包含检测在高数值孔径元件中的偏振的交叉部件。交叉偏振信号然后被检测器记录并且可以被用作在间隙控制过程中的输入参数。该交叉偏振信号也可以通过在几个波长的较大间隙处检测的交叉偏振信号标准化。在另一个示例中，该间隙可以通过参考反射的激光辐射强度被控制。使用任一检测方法，SIL(或其它部件)和衬底(或其它部件)之间的间隙需要被建立为且保持在期望的间隙距离或距离范围。

由于该小的间隙距离以及各种表面形貌可能性(由于工艺变化无论是期望的还是不期望的)，需要提供一个或更多个方法和设备以便在固体浸没间隙距离处控制部件相对于表面的位置。因此，作为一个特定的应用，实施例可以被应用于控制光学元件和反射或衍射表面之间的间隙，用于例如由光刻技术制造的层的检查，以测量重叠误差或其他的一个或更多个其他参数。

在一方面中，提供了一种部件相对于表面的位置控制的方法，所述方法包括：计算作用在所述部件和所述表面之间的卡西米尔力的或由作用在所述部件和所述表面之间的卡西米尔力导出的估计效应；和使用所述估计效应补偿所述部件相对于所述表面的定位。

在一方面中，提供了一种部件相对于表面的位置控制的方法，所述方法包括：由在所述部件的控制回路中的测量的信号或者由在控制回路中的测量的信号导出的信号产生触发信号；和评价触发信号是否穿过阈值以确定所述部件与所述表面的接近程度。在一个实施例中，产生触发信号包括由控制误差信号产生触发信号，所述控制误差信号为所述部件和所述表面之间的测量的间隙与所述部件和所述表面之间的期望的间隙的差值的量度。

在一个方面，提供了一种方法，包括：对于使用于相对于表面定位部件的控制信号不稳定的卡西米尔和/或静电力或刚度的值，基于所述部件和所述表面之间的卡西米尔和/或静电力或刚度计算所述部件和所述表面之间的预估的间隙距离；评价与所述部件和所述表面之间的间隙距离有关的间隙信号以识别间隙信号的不稳定性，处于不稳定性下的间隙距离为参考间隙距离；和相对于预估的间隙距离评价参考间隙距离，以获得用于所述部件相对于所述表面的定位的修正因子。

在一个方面，提供了一种部件相对于表面的位置控制的方法，所述方法包括：基于所述部件和所述表面之的测量的间隙距离计算作用在所述部件和所述表面之间的卡西米尔刚度的估计效应；和使用卡西米尔刚度的估计效应补偿所述部件相对于所述表面的定位的实际的卡西米尔刚度。

附图说明

现在参照随附的附图，仅以举例的方式，描述实施例，在附图中：

图1示意性地图示一种光刻设备的实施例；

图2示意性地图示光刻单元或簇的实施例；

图3示意性地图示示例性的检查设备和量测技术；

图4示意性地图示示例性的检查设备；

图5示出检查设备的照射斑和量测/检查目标之间的关系；

图6图示示例性的包括固体浸没透镜(SIL)的检查设备；

图7(A)图示检查设备的特定部件关于目标表面的弹簧示意图；

图7(B)图示被修改为包含预估的卡西米尔刚度的图7(A)的弹簧示意图；

图7(C)图示在将预估的卡西米尔刚度应用在图7(B)中之后图7(A)和7(B)的元件的理想的弹簧示意图；

图8(A)图示基于理想导电的平行板的假设作为SIL和衬底之间的距离的函数的预估的支柱力和卡西米尔力的示例；

图8(B)图示基于理想导电的平行板的假设作为SIL和衬底之间的距离的函数的预估的支柱刚度和卡西米尔刚度的示例；

图9图示相对于目标表面定位SIL的过程的流程图；

图10图示相对于目标表面定位SIL的示意性的控制回路和补偿卡西米尔力对SIL的作用的控制机构；

图11图示确定SIL和目标表面之间的阈值接近的过程的流程图；

图12(A)、12(B)和12(C)图示示出可被用于检测控制不稳定件的间隙距离、控制误差和各种标准化的触发信号的模拟结果；以及

图13图示校准间隙误差信号、测量的间隙距离和/或设定点值的过程的流程图。

具体实施方式

在详细地描述实施例之前，给出可以实施实施例的示例性的环境是有益的。

图1示意地示出一种光刻设备LA。所述设备包括：

-照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据某些参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；

-衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和

-投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，其配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或更多根管芯)上，所述投影系统支撑在参考框架(RF)上。

照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式支撑图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。这里使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以看作与更为上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的所需图案精确地对应(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列、可变形反射镜以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中是熟知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

这里使用的术语“投影系统”可以广义地解释为包括任意类型的投影系统，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、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双台)或更多台(例如，两个或更多衬底台WTa、WTb，两个或更多图案形成装置台，在投影系统下面、没有专用于例如便于测量和/或清洗等等的衬底的衬底台WTa和台WTb)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。例如，可以进行使用对准传感器AS的对准测量和/或使用水平传感器LS的水平(高度、倾斜等等)测量。

所述光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如图案形成装置和投影系统之间的空间。浸没技术用于提高投影系统的数值孔径在本领域是已知的。这里使用的术语“液体浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。

进一步地，光刻设备还可以为如下类型，其中至少光学元件紧密靠近衬底的一部分，导致跨过光学元件和衬底之间的间隙的近场辐射。这可以被称为使用固体浸没透镜/光学元件的固体浸没。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括被配置为调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(在图1中没有明确地示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现支撑结构MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。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MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将支撑结构MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿扫描方向)。

3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变形，或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称为光刻单元或者光刻簇)的一部分，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。传统地，这些包括用以沉积一个或更多个抗蚀剂层的一个或更多个旋涂器SC、用以对曝光后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和一个或更多个烘烤板BK。衬底输送装置或机械人RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取一个或更多个衬底，然后将它们在不同的处理设备之间移动，然后将它们传递到光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道的这些设备处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产率和处理效率最大化。

为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检查经过曝光的衬底以测量一个或更多个属性，例如连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。因此，光刻单元LC所位于其中的制造设施还通常包括量测/检查系统MET，所述量测/检查系统接收已经在光刻单元中被处理的一些或所有衬底W。量测/检查系统MET可以为光刻单元LC的一部分，例如，其可以为光刻设备LA的一部分。

量测/检查结果可以直接或间接提供给监督控制系统SCS。如果检测到误差，可以对后续衬底的曝光进行调整(尤其是在检查能够很快完成且足够迅速到使该批次的一个或更多个其他衬底仍处于待曝光状态的情况下)，和/或可以对曝光过的衬底的后续曝光进行调整。此外，已经曝光过的衬底也可以被剥离并被重新加工以提高产率，或可以被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行进一步处理。在衬底的仅仅一些目标部分存在缺陷的情况下，可以仅对认为是完好的那些目标部分进行进一步曝光。

在量测/检查系统MET中，检查设备被用于确定衬底的一个或更多个属性，且尤其，用于确定不同的衬底的一个或更多个属性如何变化或同一衬底的不同层如何从层到层变化。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能进行迅速的测量，需要检查设备在曝光后立即测量经过曝光的抗蚀剂层中的一个或更多个属性。然而，抗蚀剂中的潜像具有低的对比度(在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅有很小的折射率差)，且并非所有的检查设备都对潜像进行的有效测量具有足够的灵敏度。因此，测量可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后烘烤步骤通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜的。也能够在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点处，或者在诸如蚀刻等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底进行重新加工的可能性，但是仍可以提供有用的信息。

图3示出示例性的检查设备(例如，散射仪)。该检查设备包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底W上。反射的辐射传递至光谱仪检测器4，该光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(强度是波长的函数)，如图所示，例如在左下侧的图中。通过这个数据，产生所检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理器PU重构，例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与模拟光谱库进行比较，如图3的右下侧所示。通常，对于所述重构，已知所述结构的总体形式，且通过根据所述结构的制作过程的知识假定一些参数，仅留有结构的一些参数根据测量数据确定。这种检查设备可以被配置为正入射检查设备或斜入射检查设备。

可以使用的另一检查设备如图4所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12准直并透射通过干涉滤光片13和偏振器17，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(期望地至少0.9或至少0.95)的物镜15在衬底W上聚焦成斑S。固体浸没检查设备(使用设备的物镜和目标之间的近场辐射)和/或液体浸没检查设备(使用相对高的折射率的流体，例如水)可以甚至具有超过1的数值孔径。

正如在光刻设备LA中，在测量操作过程中，可以提供一个或更多个衬底台以保持衬底W。衬底台在形式上可以与图1的衬底台WTa、WTb相似或相同。在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以为相同的衬底台。可以为被配置为相对于测量光学系统精确地定位衬底的第二定位装置PW提供粗和细定位装置。例如提供各种传感器和致动器以获取所感兴趣的目标的位置，并且将它带至在物镜15下面的位置。通常地，在横跨衬底W的不同位置将在目标上进行许多测量。可以沿X和Y方向移动衬底支撑件以获取不同目标，并且可以沿Z方向移动衬底支撑件以获得目标相对于光学系统的焦点的期望位置。当例如在实践中光学系统可以保持基本静止(通常沿X和Y方向，但是也许也沿Z方向)并且仅衬底移动时，认为和描述操作好像物镜相对于衬底被带到不同位置是方便的。假设衬底和光学系统的相对位置是正确的，那么在原理上无关紧要的是，它们中的哪一个在现实世界中移动、或者是否它们都移动、或者光学系统的一部分移动(例如在Z和/或倾斜方向上)同时光学系统的其余部分静止和衬底移动(例如，沿X和Y方向，但是可选地也可以沿Z和/或倾斜方向)的组合。

然后，被衬底W改变方向的辐射穿过部分反射表面16进入检测器18，以便检测光谱。检测器可以位于在透镜系统15的焦距处的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地通过辅助的光学装置(未示出)在检测器上重新成像。所述光瞳平面是在其中辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。所述检测器可以为二维检测器，以使得可以测量衬底目标30的两维角散射光谱。检测器18可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的阵列，且可以采用例如每帧40毫秒的积分时间。

参考束可以被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到部分反射表面16上时，辐射束的一部分透射通过所述部分反射表面16作为参考束朝向参考反射镜14行进。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上或替代地被投影到不同检测器上(未示出)。

一个或更多个干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低(例如200-300nm)的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可以被用于替代干涉滤光片。孔径光阑或空间光调制器(未示出)可以设置在照射路径中以控制在目标上辐射的入射角的范围。

检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的改变方向的辐射的强度，所述强度在多个波长处是分立的，或者所述强度在一个波长范围上被积分。进而，检测器可以独立地测量横向磁场和横向电场偏振辐射的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振辐射之间的相位差。

衬底W上的目标30可以是一维光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述条纹由实抗蚀剂线构成。目标30可以是二维光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述光栅由抗蚀剂中的实抗蚀剂柱或通孔构成。所述条纹、柱或通孔可以被蚀刻到所述衬底中。该图案(例如条纹、柱或通孔的图案)对于光刻投影设备(尤其是投影系统PS)中的色差和照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的测量数据被用于重构光栅。一维光栅的一个或更多个参数(例如线宽和形状)，或者二维光栅的一个或更多个参数(例如柱或通孔宽度或长度或形状)可以被输入到重构过程中，所述重构过程由处理器PU根据印刷步骤和/或其他的检查过程的知识实现。

除了通过重构测量参数，角分辨率散射测量在产品和/或抗蚀剂图案中的特征的非对称性的测量中是有用的。非对称性测量的特定应用是用于重叠的测量，其中目标30包括一组周期性的特征，其叠加在另一组上。例如在美国专利申请公开号US2006-066855中描述了使用图3或图4的仪器进行非对称性测量的构思，其全文并入本文。简单地说，当目标的衍射光谱中的衍射级的位置仅仅通过目标的周期性被确定时，衍射光谱中的非对称性表示组成目标的单独特征中的非对称性。在图4的仪器中，检测器18可以为图像传感器，在衍射级中的该非对称性直接表现为由检测器18记录的光瞳图像中的非对称性。该非对称性可以通过在单元PU中的数字图像处理被测量，并且相对于已知的重叠值被校准。

图5示出了典型的目标30的平面图和在图4的设备中的照明斑S的范围。为了获得免于来自周围结构的干扰的衍射光谱，在一个实施例中，目标30为大于照射斑S的宽度(例如，直径)的周期性的结构(例如，光栅)。斑S的宽度可以超过10或20μm，并且目标宽度a和长度可以为30或40μm的正方形。换句话说，目标被照射“未充满”，并且衍射信号免于在目标本身之外的产品特征等等的干扰。照射布置2、12、13、17可以被配置为在物镜15的光瞳面上提供均匀强度的照射。替代地，通过例如在照射路径中包括孔径，照射可以被限制为在轴方向或离轴方向。

近期，使用者有减小由量测/检查目标占据的空间和/或改善测量的精确度的需要。具体地，期望减小在衬底上的目标部分C之间的“划线”的宽度，其中目标已经按照惯例地被定位。而且，期望将目标包含在器件图案本身内，以允许更精确地监测和修正诸如CD和/或重叠的参数的变化。为此，最近已经设计了基于衍射的量测/检查的替代方法。例如，在基于图像的量测/检查中，目标的两个图像被制成，每个使用衍射光谱的不同的选定级。比较两个图像，可以获得非对称性的信息。通过选择图像的部分，可以从目标信号周围分离目标信号。目标可以被制成更小，并且无需为正方形，使得几个目标可以包含在相同的照射斑内。在美国专利申请公开出版物US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0044470中描述了该技术的示例。

因为对尺寸减小和/或精确度的需要继续存在，现有的技术可以满足一些技术限制。例如，一些方法(例如，重叠测量方法)可能需要捕获至少±1衍射级。考虑物镜15的数值孔径，其限制了目标的周期性结构的节距(L)。为了提高敏感度和/或减小目标尺寸，可以考虑使用更短的波长。然而，在实践中，照射波长必须在可见光范围内，因为在重叠目标中更低的周期性结构可以被嵌入，并且一个或更多个中间层可以吸收UV辐射(200nm至400nm)。进一步地，目标不能太小，否则它将不具有将被视为周期性结构的足够特征(例如，可能需要至少15条线，考虑前面的限制其可以确定最小的周期性结构为约5μm x 5μm)。因此，重叠(作为一个示例)被使用具有远大于产品(例如，器件)布局的尺寸的尺寸的周期性结构特征(例如，线)测量，使重叠测量更不可靠。理想地，特征线和节距应当具有与产品特征相似的尺寸。

图6示出了一种检查设备，其中更小的照射斑S’可以被应用于具有更小的节距的特征的更小的目标30’上。在所有附图中，相似的附图标记表示相似的部件。

比较图6的设备与图4的设备，第一个差别是在目标30’附近提供了附加的透镜元件60。该附加的透镜为微型的固体浸没透镜(SIL)，具有仅在毫米量级上的宽度(例如，直径)，例如在1mm至5mm的范围内，例如约2mm。在一个示例中，SIL包括接收基本正入射到其表面上的辐射射线的材料的半球或超半球。在一个实施例中，SIL由折射率n的材料(例如，玻璃、熔融石英、材料的组合等等)组成。接收的射线聚焦在大约半球或超半球的中心处，并且形成衍射限制的斑，所述衍射限制的斑与不具有SIL的情况相比小n倍。例如，具有n＝2的典型的玻璃半球将减小聚焦斑的宽度2倍。

将光学元件浸没在液体中已经被用于增大显微术和光刻术的分辨率。固体浸没透镜可以获得相似的效益，而没有液体浸没的不利/问题。然而，为了确保较小的斑尺寸确实增大了系统的分辨率，SIL的底部必须或者与目标30接触或者定位成非常靠近目标。这限制了其实际应用。

还可以使用所谓的微SIL。该SIL的宽度(例如，直径)小许多倍，例如宽度约2微米，而不是约2毫米。在一个示例中，其中在图6的设备中的SIL 60为微型的SIL，其可以具有小于或等于10μm(可能地小于或等于5μm)的宽度(例如，直径)。

无论使用微型SIL 60还是微SIL，其可以被附接在可移动支撑件上使得控制对衬底的对准和接近比具有更大的宽度的透镜的情况更简单。例如，图6中的SIL 60被安装在框架62上。在一个实施例中，框架62是可移动的。可以提供致动器以移动框架62。在一个实施例中，框架62支撑物镜15。相应地，在一个实施例中，框架62可以一起移动物镜15和SIL 60。在一个实施例中，用于框架62的致动器可以被配置为基本上沿Z方向移动框架62(和SIL60)。在一个实施例中，用于框架62的致动器可以被配置为围绕X轴和/或Y轴移动框架62(和SIL 60)。在一个实施例中，SIL 60处在相对于框架62相对固定的位置。这可以被称为单台布置，其中物镜15和SIL 60相对于彼此固定，并且通过框架62的致动器移动。在这种情况下，好处可以为SIL可以机械地定位在物镜的焦点上。

如上所述，图6中的SIL 60被安装在框架62上，在一个实施例中，框架支撑物镜15。当然，SIL 60可以被安装在与支撑物镜15的框架分开的框架上。在一个实施例中，SIL 60通过臂64和致动器66与框架(例如，框架62)连接。致动器66例如可以在操作中是压电的或者音圈致动的。SIL 60具有致动器以使可移动物镜15和SIL 60之间的相对移动的布置可以被称为双台布置。在双台中，可以分开某些功能，例如移动范围、振动抑制能力、相对于表面的SIL定位和聚焦的分开。在一个实施例中，物镜台可以仅仅基本上沿Z方向(基本上垂直于表面)移动。在一个实施例中，SIL台可以以多于1个自由度(例如至少三个自由度)沿Z方向和围绕X轴和/或Y轴移动，以基本上平行于表面定位SIL。SIL台可以不具有足够覆盖期望的全部行程范围的机械范围。因此，SIL台可以被用于在表面上方某一小距离处定位SIL，同时物镜台可以相对于表面将物镜定位在焦点上。

致动器66可以与关于目标整体定位物镜的一个或更多个其它的致动器组合操作。关于上面提到的粗定位装置和细定位装置，例如，致动器66可以被当作超细定位装置。这些不同定位装置的伺服控制回路可以彼此集成起来。部件62、64和66以及衬底台和定位装置(上面提到的但是在图6中未示出)形成用于彼此紧密靠近定位SIL和目标T的支撑设备。如上所述，原则上，SIL 60可以刚性地安装到框架62上，和/或可以具有更大的宽度。分开的臂和致动器允许更容易地控制非常小的间隙，如下面将更详细地讨论的。

包含有SIL 60打开了聚焦成小得多的斑S’的可能性。SIL通过从目标捕获近场辐射工作，并且为此其基本上被定位成距离目标结构比辐射的一个波长(λ)更近，通常比半个波长更近，例如约λ/20。距离越近，近场信号与仪器的耦合将越强。SIL 60和目标30’之间的间隙因此可以小于λ/4，例如在λ/40和λ/8之间。因为检查设备的NA被有效地增大，目标的周期性结构的节距可以被减小为更接近产品尺寸。

在微SIL将被使用的示例中，常规上例如在散射仪中使用的所述类型的不相干的辐射不能被聚焦成像微SIL一样小的微米尺寸的斑点。因此，在该实施例中，辐射源2可以被改变成相干源。因此，激光源70通过光纤72与照明光学装置12等耦接。对衬底上的斑尺寸的限制由聚焦透镜系统的数值孔径和激光波长设定。作为使用空间相干辐射的附加好处，具有激光辐射源70的仪器可以被用于执行不同类型的散射测量或测量。例如，相干傅里叶散射测量(CFS)可以被用于测量目标。

如上面强调的，在SIL和目标之间应当保持小间隙。同样如上面强调的，用于控制间隙的已知技术具有限制，特别是当各种不同的目标结构和材料将被检查时。

因此，在一个实施例中，提出了通过基于补偿SIL和目标之间的吸引力的技术控制间隙。该技术在诸如散射仪的光学量测/检查设备中具有特别的适用性，但是可以被应用于SIL的其它应用中或者物体被定位和/或保持得非常靠近另一个物体(例如，在低于400nm的范围内)的其它应用中。该技术不必排他地被应用，而是可以与一个或更多个其它技术(包括在所引用的文献中讨论的一个或更多个技术)组合地被应用。

随着两个固体表面之间的间隙减小，由于电磁场的量子波动，广泛版本或意义的范德瓦尔斯力在两个表面之间出现。该广泛意义的范德瓦尔斯力被已知为卡西米尔力，并且为两个表面之间的吸引力。当两个中性粒子具有由量子或热效应引起的脉动偶极矩时，范德瓦尔斯力出现，并且根据粒子之间的分开距离改变。

因此，对于理想导电的平行板，该范德瓦尔斯相互作用导致由如下方程给出的近似吸引性的卡西米尔力：

其中为简化的普朗克常数，并且等于h/2π，普朗克常数＝6.624e^-34Js，c为光的速度(3e⁸m/s)，A为接近目标表面的SIL的尖端表面的面积，并且z为分开SIL尖端表面和目标表面的间隔。注意，如下面讨论的，方程(1)的结果可能需要被改变以考虑不同的材料、不同的形貌等等。而且，在两个板的非常小的间隔(例如高达几百纳米)时，力可能以1/z³衡量，而不是1/z⁴衡量。例如参见A.Rodriguez等人的“The Casimir effect inmicrostructured geometries”，Nature Photonics，Vol.5，pages 211-221(2011)，其通过引用全文并入本文。进一步地，由于接近的相互作用的复杂性，可以预期的是，力使用非整数幂次法则衡量，使得力在最通用的表达中将与1/z^ⁿ成比例，其中2.5≤n≤5.5。

该近似吸引性的卡西米尔力可以进一步地被表达为是具有如下方程给出的刚度k_cas的弹簧的结果：

除了由上面的方程(1)和(2)给出的卡西米尔力和刚度，由于静电相互作用在该如此小间隙力和刚度也变得显著。对于理想导电的平行板之间的静电力，SIL尖端表面和目标表面之间的静电力近似由如下方程给出：

其中V为SIL尖端表面和目标表面之间的电压差，z为分开SIL尖端表面和目标表面的间隔，表面A为接近目标表面的SIL尖端表面的面积，并且∈₀＝8.85e^-12Farad/m。静电刚度因此为：

由于幂次法则，随着z减小，卡西米尔刚度使得静电刚度显得不重要。对于诸如近场量测/检查的应用，其中z在λ/40-λ/20的量级(其可以为约10-30nm)上，并且V较小，静电刚度相对于卡西米尔刚度可以变得忽略不计。

进一步地，应当意识到管控SIL尖端表面和目标表面之间的环境的物理学是非常复杂的。例如，在具体情况下，有可能的是，由于SIL尖端表面和目标表面之间的电磁相关力的过剩，电磁刚度使得卡西米尔刚度显得不重要。在较高的电压下，所述电磁力的示例为SIL尖端和目标表面之间的电容力。所述电磁力的另一个示例为由于随机修补电荷的存在。所述电磁力的又一个示例为由于在非金属表面上的静电荷的出现(例如，电荷-电荷，电荷-偶极子，偶极子-偶极子)。由于静电荷，该静电力被认为很难预测，并且很可能强烈依赖于目标表面的制造工艺。电磁相互作用的又一个示例是由于极性液体(例如水)在SIL尖端表面和/或目标表面上的出现。该极性液体的这种出现进一步受表面的与流体相关的类型(例如亲水的或疏水的表面)影响。因此，最一般地，一种是具有作用在SIL尖端表面和目标表面之间的接近力，该接近力例如包括卡西米尔力或电磁力。

进一步地，对于实际的SIL尺寸，SIL和目标表面之间的诸如静电和卡西米尔力的微观力在约10-30nm(例如，λ/40-λ/20)的间隙或间隔时变得显著。这些力与控制力相比通常可忽略不计。然而，如下面进一步描述的，刚度(力-距离梯度或斜率)由于这些微观力的高非线性特性可能超过控制刚度，并且因此使控制回路不稳定。

图7(A)图示了检查设备的具体部件和目标表面(例如，衬底)之间的关系的示意图。如图7(A)所见，检查设备的物镜(例如，物镜15)或其它框架800已经被连接至可移动SIL800，其中物镜和SIL之间的刚度被指定为K_strut。SIL 800相对于目标表面(例如，衬底)820至少沿竖直方向是可移动的，以建立间隙Z。SIL和目标表面之间的卡西米尔刚度(其作为间隙距离Z的函数改变)被指定为K_cas(z)。这里，静电力和刚度被忽略，但是可以作为附加力和刚度元素被包含在图7(A)中。

控制系统被提供以控制SIL靠近目标表面的定位并且将SIL保持在该位置或在该位置的周围。控制系统可以接收设定点间隙值，并且控制一个或更多个致动器(例如，致动器66)，以将SIL定位在设定点间隙值或设定点间隙值附近，并且将SIL保持在该位置或在该位置的周围。在这样的系统中，SIL和目标表面之间的间隙可以保持在约λ/20。目标表面和SIL保持器(例如，物镜)之间的相对振动可以在λ/4的量级上，其可以例如借助相对高带宽的反馈控制被抑制，例如具有介于1kHz和20kHz之间的带宽，例如10kHz。为了使控制系统进行控制，SIL和目标表面之间的间隙可以通过被称为间隙误差信号(GES)的光学信号表示。现有技术中已知有各种用于测量GES的技术。

现在参考图8中的图线，图8(A)示出了作为间隙距离的函数的朝向目标表面的支柱和卡西米尔力的示例性的标准化的值，并且图8(B)示出了基于如上所述的对于平行的理想导电板的公式模型化的作为间隙距离的函数的支柱和卡西米尔刚度的示例性的标准化的值。如图8(A)所见，相对于控制和支柱力，实际的卡西米尔力可以相对小。但是，图8(B)示出了卡西米尔刚度随着SIL和目标表面之间的间隙减小而快速升高(即朝向负值走向和/或具有负值)。由卡西米尔效应引起的间隙依赖的刚度k_cas(z)可能通过抵消支柱刚度K_strut不利地改变控制系统的闭合回路行为，因为SIL和目标表面之间的间隙减小(例如，在图8(B)的示例中小于80nm)，如图8中的图线所示。由卡西米尔刚度引起的控制回路中的扰动因而通过减小诸如在设备内的目标表面(例如，衬底)的振动的低频扰动的抑制而不利地影响控制系统的性能。

如图8(B)中的刚度图所示，当SIL和目标表面之间的间隙进一步减小时，例如在图8(B)的示例中小于50nm，卡西米尔刚度变得足够大以致支柱可能不会有效抵消卡西米尔吸引。因此，应当通过具有充分高带宽(例如，具有介于1kHz和20kHz之间的带宽，例如10kHz)的控制系统加强闭合回路的稳定性。在一些实施例中，对于足够高的带宽，例如大于约4kHz，可以保持约10-30nm或更大的间隙，而没有稳定性问题。然而，对于小于约10-30nm的间隙，卡西米尔刚度可能变得足够大而使控制回路不稳定。

因此，在一个实施例中，提供了一种部件相对于目标表面的位置控制的方法。图9图示了相对于目标表面定位部件的方法的实施例。该方法可以包括：在步骤1000中，计算作用在部件和目标表面之间的卡西米尔力或由作用在部件和目标表面之间的卡西米尔力导出的估计效应。并且，在步骤1010中，所述方法可以包括使用估计效应补偿部件相对于目标表面的定位。

因此，参考图7(B)，图7(B)图示了图7(A)被修改为包含使用作用在SIL 810和目标表面820之间的卡西米尔力或由作用在SIL 810和目标表面820之间的卡西米尔力导出的估计效应的补偿的示意性的弹簧视图。在该情形中，估计效应为被表示为k_{cas est}(z)的预估的卡西米尔刚度，并且其被增加到支柱刚度K_strut上。使用被表示为k_{cas est}(z)的预估的卡西米尔刚度的补偿应当产生图7(A)和(B)的元件的理想的示意性的弹簧视图，如图7(C)所示。即，在图7(B)中的预估的卡西米尔刚度的应用有效地抵消了SIL 810和目标表面820之间的实际的卡西米尔刚度Kc_as(z)，并且因此，SIL应当仅有效地具有它和物镜/框架800之间的支柱刚度K_strut。

在一个实施例中，计算作用在部件和目标表面之间的卡西米尔力或由作用在部件和目标表面之间的卡西米尔力导出的估计效应可以包括计算由部件和目标表面之间的相互作用引起的预估的卡西米尔刚度。在理想的系统中，使用上面的方程(2)计算卡西米尔刚度。理想的系统包括被真空分开的两个平行的理想导电的表面。实际上，例如，在SIL和衬底之间存在相互作用的情况下，SIL的表面和/或衬底表面可能不是理想导电的，并且两个表面可能不是完全平行的。在一些实施例中，例如当衬底表面包括例如测量目标的周期性的结构(例如光栅)时，SIL和衬底之间沿着SIL表面的距离可能改变。因此，真实的卡西米尔刚度将与理想的卡西米尔刚度不同。

为了适应不同几何形状、材料或其它特性和/或一个或更多个这样特性中的变化，可将常数或参数应用于本文描述的任一计算中以将不同几何形状、材料等和/或变化的效应近似于使用本文描述的方程(或其修改版本)的计算。该常数或参数可以通过使用几何形状、材料等的特定配置和/或特定变化的模拟确定。因而，可以针对每一个配置或针对多个配置、或针对一个或更多个配置中的变化确定特定的常数或参数。例如，可以针对特定类型的目标表面(例如，量测/检查目标的类型)、和/或针对目标表面的特定类型的变化的范围确定特定的常数或参数。

在一个实施例中，可以通过使用目标表面的一个或更多个已知的或测量的参数计算预估的卡西米尔刚度。例如，在CD重构的使用情形中，目标表面的几何形状和材料可以是已知道或已测量的。因而，卡西米尔力的结构依赖的效应可以包括在计算中(包括在卡西米尔刚度的计算中)，以提供卡西米尔力(F_{cas est}(z))和/或刚度(k_{cas est}(z))的更精确的预估。

图10示意性地图示了相对于目标表面定位SIL的示意性的控制回路和补偿卡西米尔力对SIL的影响的控制机构。如图10所示，控制系统210根据设定点值1200致动(例如)SIL块和支柱1240，以期望地获得或保持特定的间隙Z1220。对于间隙Z，实际的/真实的卡西米尔效应1230被应用于SIL。因此，在一个实施例中，通过线性化如图10所示的反馈来应用补偿预估的卡西米尔效应1250。即，反馈有效地线性化了控制回路，其中不然控制回路经受非线性化。在一个实施例中，预估的卡西米尔效应1250可以为使用例如方程(2)或考虑实际材料、几何形状因素等的方程(2)的修改版本确定的计算的预估的卡西米尔刚度(k_{cas est}(z))。间隙Z可以用间隙误差信号测量或导出。在理想情况下，使用方程(2)(或方程(2)的修改版本)计算的卡西米尔刚度等于实际的卡西米尔刚度(即，实际的/真实的卡西米尔效应1230)，由此消除了卡西米尔力的影响。因此，在理想情况下，所公开的反馈线性化(即，通过给控制回路增加预估的卡西米尔刚度)可以导致获得控制系统的原始动力学(例如，没有卡西米尔刚度)。但是，实际上，在建模真实系统的卡西米尔刚度中可能有误差。然而，有利地，控制回路的线性化减小了控制回路对实际的卡西米尔刚度与其理想值的偏差的敏感度。因此，在一个实施例中，本文描述的技术可以在选自约10-50nm的范围的SIL和目标表面之间的间隙时改善低频扰动的抑制约10倍。

对于部件相对于表面的定位的有效控制，期望的是部件和表面之间的间隙被精确地知道。在真实系统中，这可能是困难的，因为测量信号可能不是精确的，关于系统的假设(例如部件尺寸)可能不总是有效的等等。例如，部件(例如SIL)和目标表面之间的间隙可以由间隙误差信号(GES)表示。如果控制是基于GES，那么可能需要校准以帮助确保部件和目标表面之间的间隙是某一个预期的间隙(例如，以避免抵触和达到期望的测量条件)。例如，在上述控制方案中，当使用测量的间隙距离(这里测量的间隙距离是指直接测量的间隙距离或从测量导出的间隙距离)计算而没有合适的校准时，卡西米尔刚度的预估(如使用例如本文描述的公式计算的)可能易受误差的影响。

附加地，间隙的测量可能强烈地依赖于在目标表面上(例如，蚀刻在目标表面上)的结构。即，GES可能强烈地依赖于在目标表面上的结构。例如，如果将GES控制在对应于例如用于给定结构的20或50nm的值，那么可将该结构控制为接近于所期望的20或50nm。然而，在该GES处的另一个结构可能已经触碰SIL。因此，例如由于错误的用户输入，结构的偏差可以使GES与期望值明显不同。该偏差可导致例如SIL撞击目标表面，因而使得设备和目标表面易受不可接受的损害风险影响。

因此，提供了一种校准GES、测量的间隙距离和/或设定点值的方法。附加地，提供了一种确定部件(例如，SIL)和目标表面之间的阈值接近的方法。

在图11中图示的是用于部件相对于表面的位置控制的方法的流程图。所述方法可以包括：在框1400中，由控制回路中的一个或更多个其它可测量信号、或由一个或更多个可测量的信号(例如，控制误差信号，该控制误差信号为部件和表面之间的测量的间隙距离与部件和表面之间的期望的间隙距离的差值的量度)导出的一个或更多个信号产生触发信号；和在框1410中，评价触发信号是否穿过阈值以确定部件和表面的接近程度。在一个实施例中，控制误差信号为GES或基于GES，例如间隙距离的设定点值和基于GES的测量的间隙距离之间的差值。

在小间隙(即，＜λ/4nm)时的GES的斜率针对不同结构保持近似恒定。故，GES因此为用于逐渐减小部件和表面之间的间隙的合适的控制信号。进一步地，当逐渐减小SIL和目标表面之间的间隙时，GES的误差(即控制误差)在其遇到不稳定性时突然开始非线性地增加。该不稳定性可归因于如本文其它地方讨论的卡西米尔刚度或卡西米尔刚度和静电刚度的组合。该不稳定性和/或非线性可被用于及时地确定部件相对于表面的阈值接近。因此，控制信号可被用于感测部件相对于目标表面的接近程度，其例如可以触发安全机构，所述安全机构例如收缩该部件或中断其移动。在一个实施例中，取决于例如反应时间和/或收缩范围，该收缩和/或移动的中断可以分布在双台布置中的物镜和SIL台上。替代控制误差或者除了控制误差之外，在控制回路中的一个或更多个其它的可测量信号、或由一个或更多个可测量信号导出的一个或更多个信号可被用作触发信号。

在一个实施例中，相对于其远场强度而言，GES信号可以为标准化的信号。因此，用于控制的标准化的GES信号值可以介于0和1之间，基本上独立于照射的属性。

在一个实施例中，触发信号在不稳定性来临时相对突然地增加或减小。该突然的改变由通过方程(2)和(4)分别给定的卡西米尔刚度和/或静电刚度的相对非常非线性的特征引起。合适的阈值可以应用于该信号以确定不稳定性发生的点或恰好在不稳定性发生之前的点。

在一个实施例中，触发信号可以为针对某一个移动时间窗口(例如，像移动平均值)的信号(例如，控制误差)的最大绝对值。在一个实施例中，触发信号可以为信号的大小的基于范数的量化，例如针对该信号的移动时间窗口的信号(例如，控制误差)的最大绝对值。触发信号的其它示例包括针对该信号的移动窗口的信号(例如，控制误差)的均方根(RMS)值，和/或针对该信号的移动窗口的表示控制回路的不稳定性的一个或更多个特定频率的信号(例如，控制误差)的能量含量(例如，RMS)。在一个实施例中，移动窗口在1-100ms的范围内，例如0-20ms，例如1ms、2ms或10ms。应用的窗口大小可以取决于SIL相对于表面的接近速度以及SIL和表面之间的相对振动的频率含量。在一些实施例中，触发信号可以被标准化。通过基于控制误差的相对改变生成触发信号，振动(例如，衬底或检查设备的)对控制误差的影响可以被消除。

图12图示了示出间隙距离(图12(A))、控制误差(图12(B))和两个标准化的触发信号(图12(C))的图形模拟结果。在该示例中，如图12(A)所见，间隙慢慢地从约18nm减小到约14nm。在图12(C)中，可以看出当触发信号在约420ms处已经穿过为1的阈值时，触发信号能够在控制误差信号中检测到约440ms的控制不稳定性。在该实施例中，对应的间隙距离为约14nm。如本文中其它地方讨论的，由于卡西米尔力、静电力或它们的组合而遇到控制不稳定性。在许多情况下，静电力为未知的，因为SIL和衬底之间的电压差是未知的。但是，静电力在存在时为卡西米尔力的额外分量。因此，仅基于卡西米尔力的阈值作为例如安全触发是有效的，即使存在静电力的话。

遇到不稳定性为部件(例如，SIL)太接近目标表面的指示，并且因此部件处于碰撞目标表面的风险下。因此，在使用SIL的光学系统中，增加SIL与目标表面之间的间隙可以为在遇到控制回路的不稳定性时采取的动作。然而，在一些实施例中，可以执行诸如停止SIL的移动和/或分析与SIL相互作用的目标表面上的结构的其它动作。

理想地，测量的间隙距离和实际的间隙距离是相同的。然而，事实上，由于种种原因测量的间隙距离可以与实际的间隙距离不同。在这种情况下，测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值可能需要使用校准或修正因子修正。这样，本文公开了一种用于校准测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值的方法。

如上所述，认识到当部件紧密地接近表面时使控制回路中的不稳定性(其显示在GES中)发生并且该不稳定性由在如此小距离的游隙处的微观力引起，该不稳定性可以被用作校准间隙误差信号、测量的间隙误差和/或设定点值的手段。

实际上，理想地，如果结构是已知的，那么GES是已知的。因此，可能不存在对基于卡西米尔力的校准的任何需要。但是，如果不完全已知结构，则GES可能具有(明显的)误差。但是，由于卡西米尔刚度对间隙的强烈依赖性以及对结构的相对弱的依赖性，预期卡西米尔刚度具有小误差。因此，卡西米尔刚度可为在例如不完全已知结构的情况下校准例如GES的方式。

因此，在一个实施例中，对于已知表面面积的部件，通过方程(2)和(4)分别给定的卡西米尔刚度和/或静电刚度仅依赖于部件和表面之间的间隙。因此，部件和表面之间的绝对间隙的预估值(即，预估的间隙距离)可以使用方程(2)和/或方程(4)根据使用于定位部件的控制回路不稳定的刚度的值计算。如上所述，计算的值可由常数或参数更改以考虑部件和/或表面的一个或更多个特性，和/或所述一个或更多个特性的变化。可通过模拟和/或校准导出常数或参数。

进一步地，表示部件和表面之间的间隙距离的间隙信号可以被评价以识别控制环路中的不稳定性，所述不稳定性显示在间隙信号中。该不稳定性由于微观力而发生。间隙信号中的不稳定性所在的间隙距离可被称作参考间隙距离，例如，在图12中被识别的约14nm的间隙距离。在一个实施例中，间隙信号例如可以为GES、或来自用于使部件相对于表面定位的控制回路的控制误差信号或其它的从如上所讨论的控制回路测量或导出的信号。在一些实施例中，间隙信号可以进一步地从控制误差信号(例如，上面讨论的触发信号)导出。例如，间隙信号可以为针对该信号的移动窗口的测量或导出的信号的大小的基于范数的量化，例如针对该信号的移动窗口的测量或导出的信号(例如，控制误差)的最大绝对值、针对该信号的移动窗口的测量或导出的信号(例如，控制误差)的均方根值、和/或针对该信号的移动窗口的表示控制回路不稳定性的特定频率的测量或导出的信号的能量含量。

然后，参考间隙距离和预估的间隙距离被相对于彼此评价。在理想的系统中，参考间隙距离等于基于卡西米尔和/或静电刚度公式计算的预估的间隙距离。因此，如果它们相等，那么系统已经被校准。然而，由于系统可能偏离理想行为，因此参考间隙距离可能与预估的间隙距离不同。因此，修正或校准因子因而可以在参考间隙距离和预估的间隙距离不同的情况下被确定。例如，修正或校准因子可以用参考间隙距离与预估的间隙距离之间的差值被确定，并且可以被应用于GES信号、测量的间隙距离、和/或控制回路的设定点值。作为另一个示例，对应的GES值可以被设定为用于衬底上的给定结构的较低的设定点(即，阈值)，并且因此可被用于例如触发安全机构以避免部件与表面的碰撞。

取决于目标/衬底/批次之间的预期的结构变化，修正或校准因子可针对每个量测/检查目标、每个衬底、或每个批次的衬底被确定一次。

在一个实施例中，可能期望将卡西米尔力孤立地为作为导致部件的GES中的不稳定性的唯一显著力，并且可以仅需要针对卡西米尔效应计算参考距离。为此，在一个实施例中，可消除部件和表面之间的电压差，由此消除可归因于部件和表面之间的电压差的静电刚度。可以通过诸如将导电涂层提供到部件的表面上和/或目标表面上并且将两个表面均接地的任何已知的方法消除电压差。

在一个实施例中，不是消除部件与表面之间的电压差，可提供已知的电压差或可确定电压差。在该实施例中，如果已知与目标表面相互作用的部件的表面面积，那么全部刚度(即，静电刚度和卡西米尔刚度的组合)仍取决于部件与表面之间的间隙。因而，对于已知的或测量的电压差，可以仍基于使间隙信号不稳定的刚度的值计算参考距离。因为静电刚度的非线性低于卡西米尔刚度的非线性(-3的幂相对于-5的幂)，使用静电刚度和卡西米尔刚度的组合计算间隙距离可不与仅使用卡西米尔刚度一样稳固。已知的电压差应足够低以避免部件和表面之间的电压击穿。

图13图示了用以校准测量的间隙距离、间隙误差信号和/或设定点值的过程的示例性的流程图。该方法包括：在框1600中，针对使用于相对于表面定位部件的控制信号不稳定的刚度的值，基于部件与表面之间的卡西米尔和/或静电刚度计算部件与表面之间的预估的间隙距离。在框1610中，评价与部件和表面之间的间隙距离有关的间隙信号以识别间隙信号中的不稳定性，在不稳定性下的间隙距离为参考间隙距离。在框1620中，相对于预估的间隙距离评价参考间隙距离以得到用于部件相对于表面的定位的修正因子。

虽然本文中的各个实施例主要描述了SIL相对于衬底/目标表面的位置控制，但是所公开的方法和设备可以被用于控制诸如微悬臂的任何部件相对于任何表面的位置。

如上所示，在一个实施例中，提供了各种技术以通过基于一个或更多个具体的测量信号的技术控制间隙。所述技术在诸如散射仪、对准传感器(其确定对准标记之间的对准)、编码器或干涉仪(其能进行位置测量)和/或高度或水平传感器(其能测量表面的位置)的光学量测或检查设备中具有特定的适用性，但是可以应用于SIL的其它应用中或应用于物体被非常靠近另一个物体定位和/或保持(例如，在低于400nm的范围内)的其它应用中。该技术不必排他地被应用，而是可以与一个或更多个其它技术(包括在所引用的文献中讨论的一个或更多个技术)组合地被应用。

本文中所描述的任何控制器或控制系统可以在一个或更多个计算机程序被位于光刻设备的至少一个部件内的一个或更多个计算机处理器读取时各自地或组合地操作。控制器或控制系统可以各自地或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或更多个处理器被配置为与控制器或控制系统的至少一个通信。例如，每一个控制器或控制系统可以包括用于执行包括用于上述方法的计算机可读指令的计算机程序的一个或更多个处理器。控制器或控制系统可以包括用于存储该计算机程序的数据存储介质和/或接收该介质的硬件。因此，控制器(多个控制器)或控制系统(多个控制系统)可以根据一个或更多个计算机程序的机器可读指令工作。

虽然在用于检查或测量与例如光学光刻术相关物品的量测或检查设备的上下文中，在本文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应该理解到这里所述的方法和设备可以用于其他的应用中，例如压印光刻术、集成光学系统的使用或制造、磁畴存储器的引导和检测图案的使用或制造、平板显示器的使用或制造、液晶显示器(LCD)的使用或制造、薄膜磁头的使用或制造等。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

在下面编号的方面中描述进一步的实施例：

1.一种部件相对于表面的位置控制的方法，所述方法包括：

计算作用在所述部件和所述表面之间的接近力的或由作用在所述部件和所述表面之间的接近力导出的估计效应；和

使用所述估计效应补偿所述部件相对于所述表面的定位。

2.如方面1所述的方法，其中计算估计效应包括计算由所述部件和所述表面之间的卡西米尔力和/或电磁力导出的估计效应。

3.如方面2所述的方法，其中计算由所述部件和所述表面之间的卡西米尔力和/或电磁力导出的估计效应包括计算所述部件和所述表面之间的接近刚度。

4.如方面1-3中任一方面所述的方法，其中补偿包括基于间隙的测量的反馈以线性化用于所述部件和所述表面之间的相对移动的控制回路。

5.如方面1-4中任一方面所述的方法，其中计算估计效应包括使用公式计算估计效应，其中所述估计效应与1/z³、1/z⁴或1/z⁵成比例。

6.如方面1-5中任一方面所述的方法，其中计算估计效应包括基于所述部件和所述表面之间的测量的间隙距离计算估计效应。

7.如方面6所述的方法，其中测量的间隙距离为由测量的间隙误差信号导出的间隙距离。

8.一种方法，包括：

对于使用于相对于表面定位部件的控制信号不稳定的接近力或刚度的值，基于所述部件和所述表面之间的接近力或刚度计算所述部件和所述表面之间的预估的间隙距离；

评价与所述部件和所述表面之间的间隙距离有关的间隙信号以识别间隙信号的不稳定性，处于不稳定性下的间隙距离为参考间隙距离；和

相对于预估的间隙距离评价参考间隙距离，以获得用于所述部件相对于所述表面的定位的修正因子。

9.如方面8所述的方法，其中所述间隙信号包括由在所述部件的控制回路中的测量的信号或者由在控制回路中的测量的信号导出的信号产生的触发信号。

10.如方面9所述的方法，其中由控制误差信号生成所述触发信号，所述控制误差信号为所述部件和所述表面之间的测量的间隙与所述部件和所述表面之间的期望的间隙的差值的量度。

11.如方面9或10所述的方法，其中所述触发信号包括用于测量的或导出的信号的移动窗口的值。

12.如方面11所述的方法，其中用于移动窗口的值包括测量的或导出的信号的最大绝对值、测量的或导出的信号的均方根值、用于表示控制回路的不稳定性的特定频率的测量的或导出的信号的能量含量和/或测量的或导出的信号的大小的其它的基于范数的量化。

13.如方面8-12中任一方面所述的方法，其中修正因子包括对间隙信号、间隙的测量的距离和/或用于所述部件和所述表面之间的相对移动的控制回路的设定点值的修正。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(UV)(例如具有小于约400nm并且大于约20nm的波长，或约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学部件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明的实施例可以采用包含用于描述一种如本文公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或非易失性数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘等等)的形式，或在其中具有该计算机程序的易失性介质。进一步地，机器可读指令可以内嵌在两个或更多个计算机程序中。两个或更多个计算机程序可以存储在一个或更多个不同的存储器和/或数据存储介质上。

上面的描述是为了说明而不是限制性的。因此，本领域技术人员应该认识到，在不背离下面给出的权利要求的范围的情况下可以对所描述的本发明做出修改。

Claims

1.一种用于配置用于检查衬底表面的光学部件的位置控制的方法，所述方法包括：

计算作用在所述光学部件和所述衬底表面之间的卡西米尔力的估计效应或由作用在所述光学部件和所述衬底表面之间的卡西米尔力导出的估计效应，并且基于所述估计效应计算补偿的值以修改所述光学部件相对于所述衬底表面的定位，用于校正所述估计效应；和

基于所述补偿的值补偿所述光学部件相对于所述衬底表面的定位。

2.如权利要求1所述的方法，其中补偿包括基于光学部件和衬底表面之间的测量的间隙距离的反馈以线性化用于所述光学部件和所述衬底表面之间的相对移动的控制回路。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中计算估计效应包括使用公式计算估计效应，其中所述估计效应与1/z³、1/z⁴或1/z⁵成比例，其中z对应于所述光学部件和所述衬底表面之间的距离。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中计算估计效应基于所述光学部件和所述衬底表面之间的测量的间隙距离。

5.如权利要求4所述的方法，其中测量的间隙距离为由测量的间隙误差信号导出的间隙距离。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

由在所述光学部件的控制回路中的测量的信号或者由在控制回路中的测量的信号导出的信号产生触发信号；和

评价触发信号是否穿过阈值以确定所述光学部件与所述衬底表面的接近程度。

7.如权利要求6所述的方法，其中产生触发信号包括从控制误差信号导出触发信号，所述控制误差信号为所述光学部件和所述衬底表面之间的测量的间隙与所述光学部件和所述衬底表面之间的期望的间隙的差值的量度。

8.如权利要求6或7所述的方法，其中所述触发信号包括用于测量的或导出的信号的移动窗口的值。

9.如权利要求6所述的方法，还包括当触发信号穿过阈值时启动机构以增大所述光学部件和所述衬底表面之间的间隙。

10.如权利要求6所述的方法，其中所述阈值对应于测量的或导出的信号中的不稳定性的发生或出现。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述光学部件包括固体浸没透镜，并且所述衬底表面包括测量目标表面。

12.如权利要求1所述的方法，还包括将所述光学部件定位在所述衬底表面的1nm至50nm内。

13.一种制造器件的方法，其中器件图案被使用光刻过程施加在一系列衬底上，所述方法包括：使用权利要求1所述的方法至少检查在衬底的至少一个上形成为器件图案的一部分或形成在器件图案旁边的目标；和根据所述方法的结果控制之后的衬底的光刻过程。

14.一种非易失性的计算机程序产品，包括用于使处理器执行权利要求1所述的方法的计算机可读指令。

15.一种系统，包括：

检查设备，所述检查设备被配置为在衬底上的测量目标上提供束并且检测被所述目标改变方向的辐射，以确定光刻过程的参数；和

权利要求14的非易失性的计算机程序产品。