CN108431694B - 波前分析的装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明关于用于波前分析的装置及方法。用于波前分析的装置设计为用于分析通过光学系统的至少一个光波的波前，且包含：至少一个照明掩模(105、205、305、405、406、407)；至少一个第一光栅(120、220、320、420)，其具有至少一个第一光栅结构并从待分析波前产生干涉图于预定义平面中，该待分析波前从照明掩模出发并通过光学系统；至少一个第二光栅(130、230、330、430)，其配置于该预定义平面中，该至少一个第二光栅具有至少一个第二光栅结构并通过第二光栅结构与由第一光栅所产生的干涉图的叠加而产生叠加图案；以及至少一个检测器(140、240、340、440)，用以检测该叠加图案。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月22日提交的德国专利申请DE 10 2015 226 571.4的权益。该申请的内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明关于用于波前分析的装置与方法。
背景技术
微光刻用以产生微结构部件，例如集成电路或LCD。微光刻工艺在具有照明装置及投射镜头的所谓投射曝光设备中进行。由照明装置所照明的掩模(掩模母版)的像在此情况下由投射镜头投射至涂布有感光层(光刻胶)并配置于投射镜头的像平面中的基板(例如硅晶片)上，以将掩模结构转印至基板的感光涂层。
在投射镜头以及在照明装置中都需要分析在操作期间传播通过相应光学系统的波前，以例如获得有关相关光学系统的单独光学部件所实际达成的光学效应及其相对彼此的对准的信息。在这方面，剪切干涉术(shearing interferometry)的原理为已知，其中通过衍射光栅的使用，根据不同的衍射级来产生待测量波前的相同复制并使其叠加。该衍射光栅通常位于焦点处或靠近焦点。将衍射光栅定位在相应焦点位置之外产生周期性的叠加图案(superimposition pattern)，所谓的多条纹干涉图案(multi-stripe interferencepattern)。在纯散焦(pure defocusing)的情况下，即衍射光栅位于焦点之外且波前至少近似理想的球面波，将产生具有规则的、可能弯曲的条纹图案的干涉图案。在局部偏离理想球面波前(局部梯度)的情况下，条纹的(局部)频率及相位角将改变。
此处实际上可能发生的问题为相关的干涉图案不再能够由可用的基于相机的检测器来解析，例如由于过高的条纹密度或过高的空间频率。举例来说，这可为这种情况，当相应波前分析旨在存在显著非球面设定点波前或特别是可能发生具有宽空间频谱及可能高条纹密度的曲线干涉条纹的相关光学系统内的不同位置或场点处进行。
关于现有技术，仅以示例的方式参照DE 101 09 929 A1及WO 01/63233 A2。
发明内容
针对上述背景，本发明的一目的为提供用于波前分析的装置及方法，其使得能够在光学系统内任意位置或场点处进行精准波前分析，特别是甚至在高度非球面波前(greatly aspherical wavefront)的情况下。
此目的由根据独立权利要求1的特征的装置及根据替代地独立权利要求16的特征的方法来达成。
一种用于波前分析的装置，其设计用以分析通过光学系统的至少一个光波的波前，包含：
-至少一个照明掩模；
-至少一个第一光栅，其具有至少一个第一光栅结构并从待分析波前产生干涉图(interferogram)于预定义平面中，待分析波前从照明掩模出发并通过光学系统；
-至少一个第二光栅，配置于该预定义平面中，该至少一个第二光栅具有至少一个第二光栅结构并通过第二光栅结构与由第一光栅所产生的干涉图的叠加而产生叠加图案；以及
-至少一个检测器，用以检测该叠加图案。
本发明基于特别是考虑在引言中所述问题的概念，即可基于剪切干涉术而产生的干涉图案的高条纹密度或高空间频率，以及此干涉图案的基于相机的分辨率所产生的困难，由于例如以下事实：相关干涉图案本身在原位没有由基于相机的检测器所检测及分析，而是对应该干涉图案或者可以说是代表干涉图案的光栅结构位于相关平面。这结果为发生类似于已知摩尔效应(Moiré effect)的根据本发明另外使用的光栅结构与该干涉图案之间的叠加，其中此处发生的叠加图案(以对应于摩尔效应的方式)具有相较于相应叠加结构(即相较于使用的第二光栅结构且也相对干涉图案)为相对“较粗”且具有低频率(即具有相对较低的空间频率)的一结构，因此可由可得的基于相机的检测器轻易地解析。
换言之，本发明包含以下概念：并非直接测量通过剪切干涉术以特定衍射光栅产生的干涉图案，而是首先在对光学系统及干涉测量配置的具体特性的了解下(特别是波长及第一光栅的光栅常数)去计算理论上针对相关波前应预期什么干涉图案，但接着并非对该干涉图案直接测量，而是首先产生对应于其的第二光栅并将第二光栅定位在相关平面中而非检测器。
根据本发明，接着测量由特别制作的第二光栅与干涉图案叠加所产生的叠加图案，其中因为由于该叠加而产生的叠加图案的空间频率明显较低，为此目的而使用的检测器需满足相应较低的要求，且叠加图案的计量解析将因此变得可行。
此处根据本发明另外使用的第二光栅在一定程度上也可被认为是“解调器(demodulator)”，以此“解调器”解调根据本发明初步预测的干涉图案(该干涉图案对应设定点或预期数值)，以便通过测量相对低频的叠加图案来决定与该设定点或预期数值的偏差并因此决定可能的波前像差，该相对低频的叠加图案由于第二光栅与在相关平面中实际产生的干涉图案叠加而产生。
在本发明的涵义中，“光栅”一词应较佳地理解为包含至少在一方向上周期配置的结构。
根据一个实施例，第二光栅结构与第一光栅结构不同。
根据一个实施例，至少一个第二光栅结构基于设定点干涉图案(setpointinterference pattern)而配置，该设定点干涉图案由第一光栅针对通过光学系统后的光波的设定点波前而产生。
根据一个实施例，检测器具有辐射敏感传感器。
根据一个实施例，检测器具有成像光学单元，用以将叠加图案成像至辐射敏感传感器上。
根据一个实施例，第二光栅配置于辐射敏感传感器上。因此用以将产生于捕获平面中产生的叠加图案成像至更远的辐射敏感传感器的成像光学单元可被省略，且可实现更紧凑的(more compact)测量装置。
根据一个实施例，第二光栅配置于一面板(faceplate)上，用于叠加图案至辐射敏感传感器的光纤传输。此光纤传输使得有可能例如将辐射敏感传感器及可能的其他用于评估的电子部件配置于真空区域之外，其中承载第二光栅的面板前侧可位于真空区域中。
根据一个实施例，辐射敏感传感器配置于面板的光出射表面上。
根据一个实施例，第二光栅配置于相干性破坏基板(coherence-destroyingsubstrate)上。因此，有可能避免原则上也可能在相对光传播方向的第二光栅下游出现的不想要的其他干涉现象。为此目的，相关基板可实施为例如频率转换层、或例如通过粗糙表面或光散射内部结构而实施为光散射元件。
根据一个实施例，装置具有用以交换(exchange)产生干涉图的第一光栅结构的变换器(changer)和/或用以交换与该干涉图叠加的第二光栅结构的变换器。改变分别在第一光栅和/或第二光栅的区域中作用的光栅结构使得有可能针对不同的波前(例如在相应光学系统中的不同位置或场点)分别在第一光栅及第二光栅上选择适当的光栅结构对，即根据在每一情况中要被分析的波前或波前像差选择第一光栅上的位置及第二光栅上的位置的不同分配或排列。
根据一个实施例，第二光栅具有多个区段，该多个区段关于位于相应区段中的第二光栅结构彼此不同。
根据一个实施例，光学系统具有光学系统轴，其中第一光栅和/或第二光栅可沿该光学系统轴移动。
在本发明的实施例中，也有可能以第一光栅沿光传播方向(z方向)的不同定位或相互不同的焦点设定来测量待分析的波前的不同区域，其中可接着组合相关的部分波前。在此情况中，可以适当的方式在待分析的波前上改变可通过第一光栅沿光传播方向(z方向)的定位来调整的散焦并可因此而改变由第一光栅所产生的干涉图案中的条纹密度(strip density)。
根据一个实施例，装置具有多个测量通道，其中该测量通道的每一个分别分配有光源、照明掩模、第一光栅结构和第二光栅结构。因此，除了较快的测量速度，也可实现较高的准确度。此外，通过使用不同的波长，也可能获得关于光学系统或存在于其中的光学部件的其他信息(例如有关发生的色散或层特性(dispersion or layer properties))。
根据一个实施例，光学系统为用于微光刻的光学系统，特别是微光刻投射曝光装置的光学系统。在此情况中，光学系统可特别为照明装置或投射镜头的子系统。
本发明更关于一种用于波前分析的方法，其中通过光学系统的至少一个光波的波前将被分析，
-其中具有至少一个第一光栅结构的至少一个第一光栅从待分析的波前产生干涉图于预定义平面中；
-其中配置于该预定义平面中且具有至少一个第二光栅结构的至少一个第二光栅通过第二光栅结构与由第一光栅所产生的干涉图的叠加而产生叠加图案；以及
-其中该叠加图案由至少一个检测器检测。
根据一个实施例，至少一个第二光栅结构基于设定点干涉图案而配置，设定点干涉图案由第一光栅针对通过光学系统后的光波的设定点波前而产生。
根据一个实施例，光学系统具有光学系统轴，其中用以分析波前的不同部分区域的方法包含以下步骤中的至少一个：
-第一光栅沿光学系统轴的可变定位；
-第一光栅的相应有效光栅结构的变化；
-包含检测器的第二光栅沿光学系统轴的可变定位；以及
-第二光栅的相应有效光栅结构的变化。
在此情况中，此处所检测的部分波前可在整个波前的分析中结合，即针对波前的不同部分区域所获得的信息项目可组合供整体波前的分析。
这是有利的，例如若使用第一光栅和/或第二光栅的单一光栅结构不足以分析特定波前或不足以检测在相应产生的干涉图案的空间频率中所出现的动态范围。在此情况中，可执行第一光栅沿光传播方向或光学系统轴的可变定位(用以改变散焦)、第一光栅的相应有效光栅结构的变化(用以改变干涉图案，例如条纹密度)、包含检测器的第二光栅沿光传播方向或光学系统轴的可变定位、和/或第二光栅的相应有效光栅结构的变化。在此情况中，举例来说，可使用第一和/或第二光栅的分段构造以(若适当的话)在各个情况下仅检测及分析特定区域或部分波前，因此可接着组合所获得的信息项目或相关的部分波前。
本发明的其他构造可从说明书及从属权利要求获得。下文中将基于附图中所述的示例性实施例对本发明作更详细的解释。
附图说明
在图中：
图1显示用于波前检测的根据本发明的装置的可能设置的示意图；
图2至图4显示用以阐明根据本发明的装置的其他实施例的示意图；以及
图5至图7显示用以阐明可用于根据本发明的装置的光栅的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
图1首先显示用于波前检测的根据本发明的装置的可能设置的示意图。
在图1中，波前效应将被测试的成像光学单元标示为“110”，其特别地也可为微光刻投射曝光装置的照明装置或投射镜头的任意子系统。为了检查该成像光学单元110的波前效应或为了分析通过该成像光学单元110的光波的波前，根据图1的配置具有形式为穿孔掩模的照明掩模105，来自光源(图未示)的光通过照明掩模105而进入成像光学单元110且入射至在光传播方向(在所绘示的坐标系统中为z方向)中配置于成像光学单元110下游的第一光栅120上。
该第一光栅120具有至少一个第一光栅结构且施加于标示为“120a”的基板上，基板120a对具有操作波长的光是足够透明的。在第一光栅120处衍射为不同衍射级(例如第0、+1及-1衍射级)的光在相对光传播方向配置于第一光栅下游的(捕获)平面中产生干涉图案，原则上，在通过基于相机的传感器解析的情况下，该干涉图案的评估将使得能够进行波前分析并因此得出有关成像光学单元110的光学效应或波前效应及例如位于成像光学单元110中的光学部件相对彼此的对准的结论。
然而，取决于成像光学单元110的结构，成像光学单元110的波前效应可建构使得出现在成像光学单元110的出口处的波前为高度非球面的。此外，由第一光栅120在该捕获平面中所产生的前述干涉图案(例如由于明显的非球面波前)可能具有高的频率或高的空间频率而使得该干涉图案的基于相机的解析为不可能或只在花费可观的费用下才有可能。
为了克服这个问题，根据本发明使用第二光栅130，该第二光栅位于相关的捕获平面中且根据图1同样地实施于基板130a上。根据本发明，该第二光栅130精确地配置使得透光及不透光区域的序列对应由第一光栅120针对在通过成像光学单元110后的设定点波前在捕获平面中所产生的干涉图案。
该第二光栅130的光栅结构与由第一光栅120在捕获平面中所实际产生的干涉图叠加，以形成类似摩尔效应的相对低频叠加图案，其中不同于由第一成像光栅120所产生的该干涉图，现在该相对低频的叠加图案可由基于相机的解析来处理。
根据图1，相应的基于相机的测量由在光传播方向中配置于第二光栅130下游的检测器140来进行，该检测器本身具有成像光学单元141及辐射敏感传感器142。
由于第二光栅130与第一光栅120所产生的干涉图案的叠加而形成的叠加图案的测量进而使得能够进行有关成像光学单元110的波前效应的分析或有关实际出现在其光出射处的波前与设定点波前的偏差以及因而出现的波前像差的分析。
对应设定点或期望值的干涉图案的计算可通过在成像光学单元110中进行常规的光学正演仿真(optical forward simulation)来执行，该计算系针对第二光栅130的准确设计而进行。第二光栅130可实现为具有透光及不透光区域的序列的振幅或传输光栅。在其他实施例中，第二光栅130也可具有电子可驱动传输功能(例如像是“LCD光栅”)。
图2a显示用以阐述另一实施例的示意图，其中与图1中部件类似或功能实质相同的部件由增加了100的参考符号来表示。
根据图2a的实施例不同于图1处在于第二光栅230配置于辐射敏感传感器242上，使得用以将如上述产生于捕获平面中的叠加图案成像至更远的辐射敏感传感器的成像光学单元被省略。因此，更紧凑的测量装置由此而实现。
根据图2b，第二光栅(在那标示为“250”)也可配置于面板251上，用于该叠加图案至位于面板251的光出射表面上的辐射敏感传感器(在那标示为“252”)的光纤传输。
图3用以阐述另一实施例，其中与图1中部件类似或功能实质相同的部件由增加了200的参考符号来表示。
根据图3，第一光栅320及第二光栅330分别分配了操纵器360及370，其使得有可能在各个情况下通过位置操纵(例如通过绕z轴或光传播方向的旋转)或在相对光传播方向或z轴为横向方向的位移来改变目前作用的光栅结构。为此目的，可分别在第一光栅320及第二光栅330上设置不同的光栅结构，其中也可使用具有多个区段的光栅530或630(如图5或图6所示)，其中该区段在所分别出现的光栅结构上彼此不同。第一光栅320及第二光栅330可在z方向上作为一组位移或可在z方向上单独地位移，如图3中的水平双箭头所示。
分别在第一光栅或第二光栅的区域中作用的光栅结构的上述改变使得可以针对不同的波前(例如在相应光学系统中的不同位置或场点)分别在第一光栅及第二光栅上选择适当的光栅结构对，即根据在每一情况中要被测试的波前像差选择第一光栅上的位置及第二光栅上的位置的不同分配或排列。在这点上，在仅作为示例而示意地显示于图5中的第二光栅530的情况中，若例如在此区域中由于要被分析的足够低频干涉图案而可提供不具有光栅结构的中心区域531，则可实现基于相机的解析，即使没有根据本发明的概念将该干涉图案与第二光栅叠加。此外，根据分别产生的较高频率干涉图案而在图5中分别标示为“532”、“533”、“534”及“535”的其他区段可具有包含不同、较高光栅常数的光栅结构。
第一光栅和/或第二光栅也可配置为使得仅通过绕z轴的旋转可将不同的区段引入相应的光束路径。
图6a示意地显示具有在光栅结构中具有相互不同的空间频率的区段631、632及633的第二光栅630的可能构造。区段631、632及633可实施使得空间频率适用于单一波前的区段。在此情况中，区段631、632及633也可依序使用，其中分别获得的信息项目可依序结合。
若要被测量的波前相对图6a中第二光栅630的尺寸具有根据图6b的外边界640(其“适配”区段631、632或633中的相应一者)，则若适当的话，根据本发明，可通过相关的区段来“译码”完整的光瞳或波前或由此而产生的叠加图案。相反地，若要被测量的波前相对图6a中第二光栅630的尺寸具有根据图6c的外边界650且另外区段631、632及633关于在光栅结构中的相应空间频率以精确地匹配设定点波前的方式设置，则也可由相应分段的光栅630来进行波前的所有区域的同时测量。
图7显示仅作为示例的具有曲线光栅结构的光栅730。
图4用以阐明另一可能的实施例，其中与图1中部件类似或功能实质相同的部件由增加了300的参考符号来表示。
图4的配置与图1的配置的不同处在于多通道设置，其中多个测量通道的每一个分别指派光源401、402或403、照明掩模405、406或407、第一光栅结构421、422或423及第二光栅结构431、432或433。因此，即使相对大的场区域也可同时地测量，而不需通过照明掩模或各个光栅的位移来进行串行扫描。因此，除了较快的测量速度，也可获得较高的准确度。基于测量通道相对彼此的位置的了解以及由于各个照明掩模及第一光栅在各个情况下施加于“载具”或基板上的物体侧及像侧上，这些通道位置代表在x、y及z方向上的实物测量。考虑测量通道的矩阵式配置，单独通道相对彼此的相对误差(测量误差)可通过在x和/或y方向上横向位移例如一个通道位置来检测及校正。因此，测量单元的原位校准是可能的。有关其他构造以及包含多个测量通道的上述构造的优点，可参考WO 01/63233 A2。
如图4所示，单独光源401、402及403也可具有不同波长(其中例如波前分析可在一个测量通道中以EUV光以及在另一测量通道中以具有在可见光范围的波长的光来进行)。以此方式，例如，可得到有关存在于要被分析的成像光学单元中的光学部件的层特性的结论、或可以波长相关及空间解析的方式(wavelength-dependent and spatially resolvedmanner)决定切趾最小值(apodization minima)。
在实施例中，第二光栅130配置于其上的基板130a也可具有相干性破坏特性，以避免原则上也可能在相对光传播方向的第二光栅下游出现的不想要的其他干涉现象。为此目的，相关基板130a可实施为例如频率转换层、或例如通过粗糙表面或光散射内部结构而实施为光散射元件。
即使本发明已基于特定实施例进行描述，但许多变化及替代实施例对本领域技术人员来说为明显的，例如通过单独实施例的特征的结合和/或交换。因此，对本领域技术人员来说，这类变化及替代实施例同时地包含于本发明中是不言而喻的，且本发明的范围仅限制在附随的专利权利要求及其等同物的含意内。
Claims (17)
1.一种用于波前分析的装置，其设计用以分析通过光学系统的至少一个光波的波前，该装置包含：
至少一个照明掩模(105、205、305、405、406、407)；
至少一个第一光栅(120、220、320、420)，其具有至少一个第一光栅结构并从待分析的波前产生干涉图于预定义平面中，该待分析的波前从该照明掩模(105、205、305、405、406、407)出发并通过该光学系统；
至少一个第二光栅(130、230、250、330、430)，配置于该预定义平面中，该至少一个第二光栅具有至少一个第二光栅结构并通过该第二光栅结构与由该第一光栅(120、220、320、420)所产生的该干涉图的叠加而产生叠加图案；以及
至少一个检测器(140、240、340、440)，用以检测该叠加图案，
其中该至少一个第二光栅结构基于设定点干涉图案而配置，该设定点干涉图案由该第一光栅(120、220、320、420)针对通过该光学系统后的光波的设定点波前而产生。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于该第二光栅结构与该第一光栅结构不同。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于该检测器(140、240、340、440)具有辐射敏感传感器(142、242、252、342、442)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于该检测器(140)具有成像光学单元(141、341、441)，用以将该叠加图案成像至该辐射敏感传感器(142、342、442)上。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于该第二光栅(230)配置于该辐射敏感传感器(242)上。
6.如权利要求3所述的装置，其特征在于该第二光栅(250)配置于面板(251)上，用于该叠加图案至该辐射敏感传感器(252)上的光纤传输。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于该辐射敏感传感器(252)配置于该面板(251)的光出射表面上。
8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该第二光栅(130、230、330、430)配置于相干性破坏基板上。
9.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该装置具有变换器，用以交换产生该干涉图的该第一光栅结构。
10.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该装置具有变换器，用以交换与该第一光栅(120、220、320、420)所产生的干涉图叠加的该第二光栅结构。
11.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该光学系统具有光学系统轴，其中该第一光栅和/或该第二光栅能够沿该光学系统轴移动。
12.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该第二光栅(530、630)具有多个区段(531、532、533、534、535、631、632、633)，该多个区段关于位于相应区段中的该第二光栅结构彼此不同。
13.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该装置具有多个测量通道，其中该测量通道的每一个分别分配光源(401、402、403)、照明掩模(405、406、407)、第一光栅结构(421、422、423)及第二光栅结构(431、432、433)。
14.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于该光学系统为用于微光刻的光学系统，特别是微光刻投射曝光装置的光学系统。
15.一种用于波前分析的方法，其中通过光学系统的至少一个光波的波前被分析，
其中具有至少一个第一光栅结构的至少一个第一光栅(120、220、320、420)从待分析的波前产生干涉图于预定义平面中；
其中配置于该预定义平面中且具有至少一个第二光栅结构的至少一个第二光栅(130、230、250、330、430)通过第二光栅结构与由第一光栅(120、220、320、420)所产生的干涉图的叠加而产生叠加图案；以及
其中该叠加图案由至少一个检测器(140、240、340、440)检测，
其中该至少一个第二光栅结构基于设定点干涉图案而配置，该设定点干涉图案由该第一光栅(120、220、320、420)针对通过该光学系统后的光波的设定点波前而产生。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于该光学系统具有光学系统轴，其中用于分析波前的不同部分区域的方法包含以下步骤中的至少一个：
该第一光栅(120、220、320、420)沿该光学系统轴的可变定位；
该第一光栅(120、220、320、420)相应有效光栅结构的变化；
包含该检测器(140、240、340、440)的该第二光栅(130、230、250、330、430)沿该光学系统轴的可变定位；以及
该第二光栅(130、230、250、330、430)的相应有效光栅结构的变化。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于此处所检测的部分波前在整个波前的分析中结合。
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