CN111699438B - 光学测量方法和传感器设备 - Google Patents

Abstract

一种使用光学传感器设备(15)的光学测量方法，所述光学传感器设备包括光学元件(20)、光检测器(26)以及支撑件(30)，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记(22)，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触。支撑件的热导率大于光学元件的热导率，并且支撑件的热膨胀系数大于光学元件的热膨胀系数。所述方法包括使用光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记。在第一测量期间光学元件的温度改变。支撑件的温度在整个第一测量期间大致恒定。

Description

光学测量方法和传感器设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年1月4日提交的欧洲申请18150345.9的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及适用于光刻设备中的光学测量方法和光学传感器设备。

背景技术

光刻设备是一种被构造为将期望的图案施加到衬底上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案投影到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定了可以被形成在衬底上的特征的最小大小。与使用例如具有193nm波长的辐射的光刻设备相比，使用极紫外(EUV)辐射(波长介于4至20nm范围内，例如，6.7nm或13.5nm)的光刻设备可以用于在衬底上形成较小的特征。

光学传感器设备在光刻中具有各种各样的应用，诸如：例如，确定光刻设备的两个或更多个部分之间的对准、确定光刻误差(诸如重叠误差和/或聚焦误差)、确定光刻设备的投影系统中存在的光学像差等。在测量期间，已知的光学传感器设备的部件经受与周围环境的非环境热交换(例如，经由辐射能量的吸收)并且经历温度变化。由光学传感器设备的部件所经历的温度变化引起这些部件的热变形。所述光学传感器设备的部件的热变形可能对再现性即复现性和/或使用光学传感器设备而执行的测量的准确度产生负面影响。期望提供一种消除或减轻了现有技术的一个或更多个问题(无论是否在本文中还是在别处被识别)的光学传感器设备。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种使用光学传感器设备的光学测量方法，所述光学传感器设备包括：光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数，所述方法包括：使用所述光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记，其中所述光学元件的温度在所述第一测量期间改变；和完成所述第一测量，其中所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的。

所述光学测量方法有利地能实现在测量期间所述光学元件的减小的热变形，从而导致较大的准确度。所述光学测量方法还有利地不需要长时间段用于使得在测量完成之后所述光学传感器设备返回至期望的初始温度。因此所述光学传感器设备准备就绪在较短的时间段之后再次使用。这可以有利地产生光刻设备的较大的吞吐量。每次测量的温度大致相等，这导致在根据所述光学测量方法而执行的多次测量之间的较大的再现性。

短语“大致恒定”旨在指示由于测量导致的由所述光学元件经历的任何非环境热干扰不会被热传导至支撑件直到完成测量为止。

所述光学传感器设备还可以包括与所述支撑件成热连通的热交换器，并且其中在所述第一测量开始时所述支撑件处于第一温度，所述方法还可以包括在所述第一测量完成之后、在使用所述光学传感器设备执行第二测量之前等待预定时间量，其中所述支撑件在所述预定时间量内大致返回至所述第一温度。

短语“大致返回至所述第一温度”旨在指示在预定时间量之后所述支撑件的温度与所述第一温度之间的差足够小使得光学传感器设备的任何产生的热变形小于所述光学传感器设备的期望的准确度。也就是说，所述支撑件的温度不需要在预定时间量之后返回至与第一温度精确相同的温度，以便所述光学传感器设备执行准确度可接受的第二测量。由在预定时间量之后所述支撑件的温度与第一温度之间的差导致的所述支撑件的热变形可以足够小，使得被引入至第二测量中的不准确度相对于所述光学传感器设备的期望的准确度来说是可以忽略的。所述光学传感器设备的期望的准确度可以在所述光学传感器设备的不同用法之间和/或所述光学传感器设备的不同实施例之间变化。

所述光学元件具有在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的长度，其中所述长度可以是足够长的，使得所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的。

在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的所述光学元件长度可以是足够长的，使得所述支撑件的温度在正在被完成的所述第一测量的10秒内改变。

执行测量可以包括在利用辐射照射所述标记之前利用冷却设备冷却所述光学元件。

执行测量可以包括在利用辐射照射所述标记期间利用冷却设备冷却所述光学元件。

执行测量可以包括在利用辐射照射所述标记之后利用冷却设备冷却所述光学元件。

所述热交换区域可以包括所述标记。

所述热交换区域可以包括所述光学元件的、辐射入射至其上的区域。

所述热交换区域可以包括所述光学元件的由所述冷却设备冷却的区。

根据本发明的第二方面，提供一种光学传感器设备，包括：光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数。

所述光学元件的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的一半。

所述光学元件的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的十分之一。

所述光学元件的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的百分之一。

所述光学元件的热膨胀系数小于可以或等于约0.2×10^-6K^-1。

所述光学元件可以由以下材料中的至少一种形成： 镀铝锌和堇青石。

所述支撑件的热导率可以是所述光学元件的热导率的至少两倍。

所述支撑件的热导率可以是所述光学元件的热导率的至少十倍。

所述支撑件的热导率可以是所述光学元件的热导率的至少一百倍。

所述支撑件的热导率可以是至少175Wm^-1K^-1。

所述支撑件可以由陶瓷形成。

所述陶瓷可以是渗硅碳化硅。

所述支撑件可以由金属形成。

所述金属可以是铝。

所述支撑件可以由金属-陶瓷形成。

所述金属-陶瓷可以是铝碳化硅。

所述光学传感器设备还可以包括与所述支撑件成热连通的热交换器。

根据本发明的第三方面，提供一种光刻设备，包括：照射系统，所述照射系统被配置成调节辐射束；支撑结构件，所述支撑结构件被构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在辐射束的横截面中向所述辐射束赋予图案以形成经图案化的辐射束；衬底台，所述衬底台被构造成保持衬底，所述衬底台具备光学传感器设备；以及投影系统，所述投影系统被配置成将所述经图案化的辐射束投影至所述衬底上，其中所述光学传感器设备包括：光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数。所述光刻设备还可包括与所述支撑件成热连通的热交换器。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图仅通过举例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

-图1示意性地描绘了一种根据本发明的实施例的光刻系统，包括光刻设备、辐射源和光学传感器设备；

-图2示意性地描绘了图1的光学传感器设备；

-图3示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的光学传感器设备；并且

-图4示出了展示使用根据本发明的实施例的光学传感器设备的光学测量方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了一种根据本发明的实施例的光刻系统，包括辐射源SO、光刻设备LA和光学传感器设备15。辐射源SO被配置成产生EUV辐射束B并且将所述EUV辐射束B供应至光刻设备LA。光刻设备LA包括照射系统IL、被配置成支撑图案形成装置MA(例如掩模)的支撑结构MT、投影系统PS、以及被配置成支撑衬底W的衬底台WT。

照射系统IL被配置成在EUV辐射束B入射到图案形成装置MA上之前调节EUV辐射束B。此外，照射系统IL可以包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起向EUV辐射束B提供期望的横截面形状和期望的强度分布。除了琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11之外或代替琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11，照射系统IL可以包括其它反射镜或装置。

因而在被调节之后，EUV辐射束B与图案形成装置MA相互作用。由于这种相互作用，则产生了经图案化的EUV辐射束B’。投影系统PS被配置成将经图案化的EUV辐射束B’投影到衬底W上。出于这种目的，投影系统PS可以包括多个反射镜13、14，所述多个反射镜13、14被配置成将经图案化的EUV辐射束B’投影到由衬底台WT保持的衬底W上。投影系统PS可以对经图案化的EUV辐射束B’施加缩小因子，因而形成其特征比图案形成装置MA上的对应特征更小的图像。例如，可以施加4或8的缩小因子。虽然投影系统PS在图1中被图示为具有仅两个反射镜13、14，但是投影系统PS可以包括不同数目的反射镜(例如，六个或八个反射镜)。

衬底W可以包括先前形成的图案。在这种情况下，光刻设备LA将由经图案化的EUV辐射束B’所形成的图像与先前在衬底W上所形成的图案对准。

可以在辐射源SO中、在照射系统IL中、和/或在投影系统PS中提供相对真空，即远低于大气压的少量气体(例如氢气)。

辐射源SO可以是激光产生等离子体(LPP)源、放电产生等离子体(DPP)源、自由电子激光器(FEL)、或能够产生EUV辐射的任何其它辐射源。

图2示意性地描绘了图1的光学传感器设备15。光学传感器设备15包括光学元件20。光学元件20包括标记22。标记22被配置成选择性地透射入射辐射24。例如，标记22可以包括形成在膜21上的光栅或棋盘图案。承载所述标记22的膜21例如可以具有介于约100nm与约500nm之间的厚度。光学元件20可以具有介于约200μm与约700μm之间的厚度。光学传感器设备15还包括光检测器26，所述光检测器26被配置成接收由标记22透射的辐射28。在承载所述标记22的膜21正下方的光学元件20中可能存在孔，以便允许由所述标记22透射的辐射28到达所述光检测器26。光检测器26被配置成提供指示所接收的辐射28的输出信号。光检测器26可以向电子器件32提供所述输出信号。电子器件32可以例如采取印刷电路板的形式。所述光学传感器设备15可以包括支柱42，所述支柱42被配置成向所述光检测器26、所述电子器件32、和/或所述光学传感器设备15的其它部件提供结构支撑件。光学传感器设备15还包括支撑件30，所述支撑件30支撑所述光学元件20并且与所述光学元件20成热接触。所述光学元件20和所述支撑件30可以在热接触区域36处彼此连接。所述光学元件20和所述支撑件30可以借助于粘合层而连接于热接触区域36处。替代地，所述光学元件20和所述支撑件30可以经由一些其它连接装置(诸如例如，螺钉或夹持件)彼此连接。所述光学传感器设备15还可以包括热交换器34，所述热交换器34与所述支撑件30成热连通。热交换器34可以例如包括金属板(诸如钢)，所述金属板具有管道，受控温度的水穿过所述管道。

在图2的示例中描绘的光学传感器设备15可以是在扫描器(ILIAS)传感器处的集成式透镜干涉仪。ILIAS传感器是干涉测量式波前测量系统，其可以对透镜像差执行光学测量直到高阶。光检测器26可以包括照相机。照相机可以包括CCD阵列。美国专利号US7282701B2(其由此通过引用被并入)披露了一种ILIAS传感器，所述ILIAS传感器可以用于确定跨越所述投影系统PS的光瞳平面的辐射的强度分布图。

替代地，在图2的示例中所描绘的光学传感器设备15可以是在扫描器(PARIS)传感器处的平行透镜干涉仪。PARIS传感器包括剪切干涉仪，所述剪切干涉仪被配置成测量波前(即，具有同一相位的点轨迹)。所述剪切干涉仪可以包括衍射光栅标记22和光检测器26，所述衍射光栅标记22位于投影系统的像平面中(即衬底台WT处)，所述光检测器26被布置成检测与投影系统PL的光瞳面共轭的平面中的干涉图案。所述干涉图案24与所述辐射24的相位相对于剪切方向上的光瞳面中的坐标的导数有关。光检测器26可以包括照相机。照相机可以包括CCD阵列。确定由投影系统PL引起的像差可以包括将由光学传感器设备15进行的测量拟合至泽尼克(Zernike)多项式以便获得泽尼克系数。不同的泽尼克系数可以提供与由投影系统PL引起的不同形式的像差有关的信息。可以在衍射光栅22的平面中且在与测量的扫描方向垂直的方向上执行步进。衍射光栅22的这种步进将相位变化有效地转换成强度变化，从而允许确定相位信息。

在测量期间，所述光学元件20经历正的热能的净增益(即，光学元件20变得更热)或负的热能的净增益(即，光学元件20变得更冷)。这种热能的净增益导致所述光学元件20的温度改变。例如，使用所述光学传感器设备15执行测量包括利用辐射24照射所述光学传感器设备15的所述光学元件20。在测量期间，所述光学元件20吸收辐射能量24，从而增加所述光学元件20的温度。其它正的热能的源和/或负的热能的源可能影响在使用光学传感器设备15执行的测量期间所述光学元件20的温度。例如，所述光刻设备可以包括冷却设备38，所述冷却设备38被配置成冷却与正在经历光刻曝光的衬底的目标区域相邻的一个或更多个区域。所述冷却设备38可以包括气体出口44。所述气体出口44可以向位于气体出口44正下方的一个或更多个区域提供冷却气体流。所述冷却设备38可以例如被配置成冷却位于入射到在衬底上的辐射束的相反两侧处的两个区域。所述冷却设备38可以例如被配置成冷却在所述光刻设备的扫描方向上领先于所述辐射束的第一区域和在扫描方向上落后于所述辐射束的第二区域。所述冷却设备38可以被配置成减少在光刻曝光期间所述衬底的热变形。所述冷却设备38可以对在测量期间由光学元件20所经历的正的热能的净增益或负的热能的净增益做出贡献。所述冷却设备38可以从光学元件20移除与由所吸收的辐射能量24提供的热能相比更多的热能。在这种情况下，所述光学元件20可以由于所述冷却设备38的效应而在测量期间经历净热收缩。参考图1，作为热能的源的另外的示例，所述光刻设备LA可以包括保护气体(诸如氢气)。所述保护气体可以被配置成减小由衬底W(例如，经由除气)和衬底台WT(例如，经由在活动部件之间的摩擦)而产生的污染物的到达所述光刻设备LA的投影系统PS的量。再参考图2，这些保护气体可以与光学元件20交换热并且由此冷却或加热所述光学元件20。

在已知的光学传感器设备中，在测量期间光学元件将热能热传导至支撑件。当接收来自所述光学元件的热能时，在测量期间所述支撑件经历热变形。在测量期间所述支撑件的热变形可能对再现性和/或使用已知的光学传感器设备所执行的测量的准确度产生负面影响。此外，在完成测量后可能需要大量时间用以使已知的光学传感器设备恢复至初始温度。例如，在完成测量后，已知的光学传感器设备可能花费介于约2分钟与约5分钟之间来恢复至其初始温度。这可能对已知的光刻设备的吞吐量产生负面影响。

如果在第一测量期间所获得的热能在开始第二测量前不被引导远离所述光学元件，则已知的光学传感器设备的所述光学元件和/或所述支撑件的初始温度可以在不同的测量之间变化。例如，因为在测量期间由所述光学元件和/或所述支撑件获得的热能在后续测量开始之前不被引导远离所述光学元件和/或所述支撑件，因此所述光学元件和/或所述支撑件的初始温度可以在重复使用之后增加。当在测量期间使用EUV辐射和/或当光刻设备包括作用于所述光学传感器设备的冷却设备时，所述光学元件和/或所述支撑件的初始温度的增加或减少可能具有较大的缩放比例。在不同测量开始时具有不同的初始温度可能对使用已知的光学传感器设备所执行的测量的准确度和/或复现性有负面影响。当已知的光学传感器设备用于真空条件下时(例如，当在EUV光刻设备中执行测量时)，这些问题加剧。这是因为在真空条件情况下，所述光学元件、所述支撑件和热交换器之间的热交换被局限于传导和辐射(即，在真空条件下对流是不可能的)。在真空条件下缺少对流热交换导致与光学传感器设备处于大气条件下相比更慢的热系统。也就是说，在已经执行了测量之后所述光学传感器设备花费较长的时间量来返回至期望的初始温度。这进而可能对所述光刻设备的吞吐量产生负面影响。

由所述光学元件和/或所述支撑件经历的热变形可能改变所述光学元件上的标记相对于所述光检测器和/或所述光刻设备的另一个部件的位置和/或大小。例如，当在测量期间所述光学元件和/或所述支撑件经历热变形时，已知的光学传感器设备的所述光学元件上的标记与所述光刻设备的掩模版上的对准标记之间的相对位置可能改变。然后，光刻误差被引入至使用已知的光学传感器设备而执行的掩模版对准测量。例如，已知的光学传感器设备包括硅光学元件。硅具有约2.6×10^-6K^-1的热膨胀系数。由于在测量期间辐射能量的吸收，已知的光学元件可能经历介于约3mK与约30mK之间的温度增加。已知的光学元件可能经历介于约0.1nm与约1nm之间的得到的热变形，由此降低测量的准确度。

再次参考在图2中所描绘的本发明的实施例，所述光学元件20的热膨胀系数小于所述支撑件30的热膨胀系数。减小所述光学元件20的热膨胀系数会减少由所述光学元件20在测量期间经历的热变形。所述光学元件20的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的一半。所述光学元件20的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的十分之一。所述光学元件20的热膨胀系数可以小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的百分之一。所述光学元件20的热膨胀系数可以小于或等于约0.2×10^-6K^-1。所述光学元件20可以例如由能够从美国Corning公司获得的能够从德国Schott公司获得的微晶玻璃、能够从日本AGC公司获得的镀铝锌(AZ)、以及能够从日本Kyocera公司获得的堇青石(Cordierite)中的至少一种形成。

提供具有比所述支撑件30更低的热膨胀系数的光学元件20可能无法提供对上文论述的热变形问题的稳健的解决方案。具有低热膨胀系数的材料典型地具有低热导率。使用具有低热导率的材料产生了较慢的热系统。也就是说，花费较长时间来用于将热量的改变通过具有低热导率的材料而进行热传导、并且从所述材料热传导出去。所述较慢的热系统增加了在光学元件的温度返回至其初始温度之前在多次测量之间需要等待的时间量。这可能对光刻设备的吞吐量产生负面影响。如果在连续测量之间没有引入充分长的延迟，则每次测量之后将在所述光学元件中积累净热量。随着测量的次数增加且热能的累积增益增加，则所导致的热变形的程度也增加。

为了补偿所述光学元件20的减小的热导率，则所述支撑件30的热导率大于所述光学元件20的热导率。在测量期间由所述光学元件20获得的正的净热能或负的净热能保留于所述光学元件20中。一旦完成测量，则由所述光学元件20获得的热能被光学元件20热传导至所述支撑件30。由于测量导致的所述光学元件20经历的任何非环境热干扰不会被热传导至所述支撑件30，直到完成测量为止。一旦完成测量，热能就可以经由所述热接触区域36从所述光学元件20传导至所述支撑件30。在使用光学传感器设备15进行另一测量之前，然后支撑件30可以将热能热传导至所述热交换器34。例如，可以使用光学传感器设备15进行测量直到约0.7秒，并且在测量期间由所述光学元件20获得的热能开始热传导至所述支撑件30所花费的时间可以介于约0.7秒与约1秒之间。所述支撑件30的热导率可以是所述光学元件20的热导率的至少两倍。支撑件30的热导率可以是所述光学元件20的热导率的至少十倍。支撑件30的热导率可以是所述光学元件20的热导率的至少一百倍。支撑件30可以由陶瓷形成。陶瓷可以例如是渗硅碳化硅。替代地，陶瓷可以例如是碳化硅。所述支撑件30可以由金属形成。例如，所述支撑件30可以由铝形成。所述支撑件可以由金属-陶瓷形成。例如，所述支撑件可以由铝碳化硅(AlSiC)形成。所述光学元件20的热导率可以介于约1.3Wm^-1K^-1与约1.5Wm^-1K^-1之间。所述支撑件30的热导率可以大于或等于约175Wm^-1K^-1。

可以确定光学元件20的最小长度40，热能必须被热传导通过所述最小长度40以便在所述光学元件20的与所述支撑件30的热交换区域和所述光学元件20的与所述支撑件30的热接触区域之间行进。通常，所述光学元件20的所述热交换区域可以是所述光学元件20上的在使用所述光学传感器设备15执行的测量期间接收非环境热通量的任何区域。光学元件20的热交换区域可以例如包括所述标记22。光学元件20的热交换区域可以例如包括光学元件20的、辐射入射至其上的区域。光学元件20的辐射入射至其上的区域可以大于、等于或小于所述标记22的区域。所述光学元件20的所述热交换区域可以例如包括光学元件20的在测量期间由光刻设备的冷却设备38冷却的任何区。可以使用以下等式来计算沿一个方向的所述光学元件20的最小长度40，热能必须被热传导而跨越过所述最小长度40以便在热交换区域与支撑件30之间行进：

其中q是入射到所述光学元件上的热通量，α是所述光学元件的热扩散率，t是测量的持续时间，k是所述光学元件的热导率，x是热传导跨越的距离，ΔT是由所述光学元件在距离x处经历的温度改变，并且erfc是补余误差函数。等式1可以被用于计算从热交换区域到光学元件20上的在测量的持续时间内经历大致为零的温度改变的部位的距离。入射到热交换区域上的热通量是已知的，并且所述光学元件20的热扩散率和热导率是已知的。可以使用计算机辅助方法(诸如例如，有限元分析)来计算所述光学元件20的最小长度40。替代地，可以手工地计算所述光学元件20的最小长度40。

再次参考图2，可以按照使用所述光学传感器设备15执行的测量的已知特性来计算所述光学元件20的最小长度40。也就是说，在整个所述测量的持续时间内所述辐射24的热通量和所述冷却设备38和/或保护气体(未示出)的热通量可以被用于计算所述最小长度40，使得由所述光学元件20获得的正的净热能或负的净热能保留在所述光学元件20中直到完成测量为止。也就是说，所述光学元件20具有在所述光学元件20的热交换区域与所述支撑件30之间延伸的长度，并且所述长度可以足够长使得所述支撑件30的温度在整个测量期间是大致恒定的。这样的测量特性可以是公知的。例如，所述测量可以具有达到约0.7秒的持续时间并且所述测量涉及向所述光学元件20提供约0.1W功率的辐射束24。在利用辐射照射所述标记22之前，所述冷却设备38可以开始冷却所述光学元件20约0.05秒。所述冷却设备38可以向所述光学元件提供冷却持续约0.8秒。在测量期间所述冷却设备38可以向所述光学元件20提供大于约0.3W的冷却功率。在测量期间所述冷却设备38可以向所述光学元件20提供小于约0.5W的冷却功率。替代地，可以测量所述测量特性。作为另外的替代例，可以使用计算机辅助方法(诸如有限元分析)来确定测量特性。

一旦完成由所述光学传感器设备15执行的测量，则由所述光学元件20获得的正的热能或负的热能就可以穿越过整个所述最小长度40并且开始经由所述热接触区域36热传导到所述支撑件30中。在开始另一测量之前所述支撑件30将热能从所述光学元件20热传导至所述热交换器34。在所述光学元件20的所述热交换区域与所述支撑件30之间延伸的所述光学元件长度可以足够短使得所述支撑件30的温度在正在被完成的测量的10秒内改变。在所述光学元件20的热交换区域与所述支撑件30之间延伸的所述光学元件长度可以足够短使得所述支撑件30的温度在正在被完成的测量的5秒内改变。因为所述支撑件30具有比所述光学元件20更高的热导率，所以与热能从所述光学元件20传导至所述支撑件30所花费的时间相比，热能从所述支撑件30传导至所述热交换器340所花费的时间更短。

连续测量之间的时间量可以等于在光刻设备中的相继曝光之间的时间量。例如，连续测量之间的时间量可以介于约30s与约50s之间。所述辐射24可以例如在使用所述光学传感器设备15执行的测量期间向所述光学元件20提供介于约10mW与约100mW之间的功率。所述辐射24可以被入射到所述光学元件20上持续介于约0.2秒与约0.7秒之间的时间。所述光刻设备的冷却设备38可以例如向入射到光学元件20上的辐射24的任一侧上的两个4mm²区域提供冷却。由所述冷却设备38提供的冷却可以大于由辐射24提供的加热。例如，冷却设备38可以向所述光学元件20提供介于约0.3W与约0.6W之间的冷却功率。在测量期间所述冷却设备38可以冷却所述光学元件20持续介于约0.5秒与约0.8秒之间的时间。所述光学元件20在由辐射24照射的区中的温度可以增加约0.5K。所述光学元件20在由冷却设备38冷却的区中的温度可以减小约2.5K。在第一测量期间由所述光学元件20经历的非环境热干扰热传导至所述支撑件30所花费的时间可以大于约0.5秒。在第一测量期间由所述光学元件20经历的非环境热干扰热传导至所述支撑件30所花费的时间可以小于约1秒。热能从所述支撑件30热传导至所述热交换器34所花费的时间可以例如大于约15秒。所述热能从所述支撑件30热传导至所述热交换器34所花费的时间可以例如小于约45秒。

将理解，不同的光刻系统在不同的热条件下运用不同类型的光学测量。如上文论述的，可以使用计算机辅助方法(诸如有限元分析)或手工地(例如，经由等式1)，来计算用以确保所述支撑件30的温度在整个测量期间大致恒定所需的所述光学元件20的最小长度。在所述热交换区域与所述支撑件30之间的光学元件20的最小长度40可以例如大于约1cm。在所述热交换区域与所述支撑件30之间的所述光学元件20的最小长度40可以例如小于约5cm。

图3示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的光学传感器设备25。所述光学传感器设备25包括光学元件20。所述光学元件20包括标记22。所述标记22被配置成选择性地透射入射辐射24。例如，所述标记22可以包括光栅。所述光学元件20可以包括其它部件，例如扩散器。所述光学元件20可以具有介于约200μm与约700μm之间的厚度。所述光学传感器设备25还包括光检测器26，所述光检测器26被配置成接收由标记22透射的辐射28。所述光检测器26被配置成提供指示所接收辐射28的输出信号。所述光检测器26可以例如包括光电二极管。在图3的示例中，所述光检测器26位于光学元件20内并且在所述标记22正下方。所述光检测器26可以经由电连接件33(例如，线缆)向电子器件32提供输出信号。电子器件32可以例如采取印刷电路板的形式。所述光学传感器设备25可以包括支柱42，所述支柱42被配置成向光学传感器设备25的电子器件32和/或其它部件提供结构支撑件。所述光学传感器设备25还包括支撑件30，所述支撑件30支撑所述光学元件20并且与所述光学元件20成热接触。所述光学元件20和所述支撑件30可以在所述热接触区域36处彼此连接。所述光学元件20和所述支撑件30可以借助于粘合层而连接于所述热接触区域36处。替代地，所述光学元件20和所述支撑件30可以经由一些其它连接装置(诸如，例如螺栓或螺钉、或夹持件)彼此连接。所述光学传感器设备25还可以包括热交换器34，所述热交换器34与所述支撑件30成热连通。所述热交换器34可以例如包括金属板(诸如钢)，所述热交换器具有管道，受控温度的水穿过所述管道。

图3中所描绘的光学传感器设备25可以是透射式图像传感器(TIS)。所述光检测器26可以例如包括EUV敏感二极管。美国专利号US7675605(其由此通过引用被并入)披露了一种TIS传感器，所述TIS传感器可以用于感测在光刻设备中的空间图像。

继续参考图3，所述光学元件20的热膨胀系数小于所述支撑件30的热膨胀系数。所述光学元件20的热膨胀系数小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的一半。所述光学元件20的热膨胀系数小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的十分之一。所述光学元件20的热膨胀系数小于或等于所述支撑件30的热膨胀系数的百分之一。所述光学元件20的热膨胀系数可以小于或等于约0.2×10^-6K^-1。所述光学元件20可以例如由能够从美国Corning公司获得的能够从德国Schott公司获得的/>能够从日本AGC公司获得的镀铝锌(AZ)、以及能够从日本Kyocera公司获得的堇青石(Cordierite)中的至少一种形成。

所述支撑件30的热导率大于所述光学元件20的热导率。在测量期间，由所述光学元件20获得的正的净热能或负的净热能保留在所述光学元件20中。一旦完成测量，则由所述光学元件20获得的热能就通过光学元件20而被热传导至所述支撑件30。由于所述测量导致的由所述光学元件20经历的任何非环境热干扰不会被热传导至所述支撑件30直到完成测量为止。一旦完成测量，热能就可以经由热接触区域36从所述光学元件20传导至所述支撑件30。在使用所述光学传感器设备15进行另一测量之前，然后所述支撑件30可以将热能热传导至所述热交换器34。

所述支撑件30的热导率可以是光学元件20的热导率的至少两倍。所述支撑件30的热导率可以是光学元件20的热导率的至少十倍。所述支撑件30的热导率可以是光学元件20的热导率的至少一百倍。所述支撑件30的热导率可以是至少175Wm^-1K^-1。所述支撑件30可以由陶瓷形成。所述陶瓷可以例如是渗硅碳化硅。替代地，陶瓷可以例如是碳化硅。所述支撑件30可以由金属形成。例如，所述支撑件30可以由铝形成。支撑件30可以由金属-陶瓷形成。例如，所述支撑件30可以由铝碳化硅形成。光学元件20的热导率可以介于约1.3Wm^-1K^-1与约1.5Wm^-1K^-1之间。

等式1可以被应用至图3中所描绘的本发明的实施例以确定所述光学元件20的最小长度40，热能必须被热传导跨越过所述最小长度40以便在所述热交换区域与所述支撑件30之间行进。等式1可以被用于计算从所述热交换区域至所述光学元件20上的在测量的持续时间内经历大致为零的温度改变的部位的距离。可以使用计算机辅助方法(诸如例如，有限元分析)来计算所述光学元件20的最小长度40。替代地，可以手工地计算所述光学元件20的最小长度40。可以按照使用所述光学传感器设备15而执行的测量的已知特性来计算所述光学元件20的最小长度40。

图4示出根据本发明的实施例的使用图2的光学传感器设备或图3的光学传感器设备的方法的流程图。所述方法的步骤S1包括使用光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记。在第一测量期间所述光学元件的温度发生改变。在第一测量期间所述光学元件吸收辐射能量并且还可以由所述冷却设备和/或保护气体来冷却。方法的步骤S2包括完成所述第一测量。所述支撑件的温度在整个第一测量期间是大致恒定的。这是因为由于光学元件的低热导率，在整个第一测量期间由所述光学元件获得的热能保留在所述光学元件中。在第一测量开始时所述支撑件可以处于第一温度。第一温度可以等于所述光刻设备的环境温度。所述第一温度可以小于或等于所述光刻设备的环境温度之上50mK。所述第一温度可以大于或等于比所述光刻设备的环境温度之下50mK。所述方法的可选的步骤S3包括在第一测量完成之后、在使用光学传感器设备执行第二测量之前等待预定时间量。所述支撑件在预定时间量内大致返回至第一温度。所述支撑件的较高的热导率使得热能能够经由多次测量之间的热传导而耗散。这允许在后续的测量开始之前大致达到所述光学传感器设备的期望的初始温度。所述光学传感器设备可以例如在预定时间量内返回至第一温度的上下约25mK内。

再次参考图2和图3，使用光学传感器设备15、25执行测量可以包括在利用辐射24照射所述标记22之前利用冷却设备38来冷却所述光学元件20。例如，在利用辐射24照射所述标记22之前，所述冷却设备38可以开始冷却所述光学元件20约50ms。使用光学传感器设备15、25执行测量可以包括在利用辐射24照射所述标记22期间利用冷却设备38冷却所述光学元件20。使用光学传感器设备15、25执行测量可以包括在利用辐射24照射所述标记22之后利用所述冷却设备38冷却所述光学元件20。例如，在已经利用辐射24照射所述标记22之后所述冷却设备38可以冷却所述光学元件20持续约50ms。

虽然已经在EUV光刻设备的情境中描述和描绘了所述光学传感器设备及其使用方法，但是本发明的实施例可以用于其它光刻设备中。例如，所述光学传感器设备可以形成紫外线(UV)光刻设备的一部分，所述紫外线光刻设备被配置成使用UV辐射(例如，其具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)。本文中描述的光学传感器设备及其使用方法当在EUV光刻设备中运用时是特别有利的。这是因为EUV光刻设备在真空条件下操作，其中所述光学元件、所述支撑件和所述热交换器之间的热交换被限制在传导和辐射(即，在真空条件下对流是不可能的)。虽然对流冷却不可用，但是所述光学传感器设备可以降低在EUV光刻设备中的测量期间所述光学元件热变形的程度。

所述光学传感器设备可以例如被用于对一批次衬底中每个衬底执行一次测量。所述光学传感器设备可以被用于对一批次衬底中的每个衬底执行一次测量。所述光学传感器设备可以按照任何期望的频率使用。

所述光学传感器设备可以被用于在双平台光刻设备中执行一次或更多次对准测量。所述光学传感器设备可以形成保持第一衬底的衬底台的一部分。在所述第一衬底经历光刻曝光之前可以发生使用所述光学传感器设备的第一测量。在光刻曝光之后，第一衬底台可以被移动至双平台光刻设备的测量侧。在测量侧上，所述第一衬底可以被第二衬底替代。在测量侧上，所述第二衬底可以经历一次或更多次测量。然后，第一衬底台可以被返回至光刻设备的曝光侧。在第二衬底经历光刻曝光之前，可以发生使用所述光学传感器设备的第二测量。

虽然在本文中可以具体提及在IC制造中的光刻设备的使用，但是应理解，本文中的描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

虽然在本文中在光刻设备的情境下具体提及本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

在情境允许的情况下，本发明的实施例可以实施为硬件、固件、软件或其任何组合。本发明的实施例也可以被实施为存储在机器可读介质上的指令，所述指令能够由一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于储存或传输呈机器(例如，计算装置)可读的形式的信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁存储介质；光存储介质；闪速存储器装置；电学、光学、声学或其它形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)以及其它。另外，本文中，可以将固件、软件、例程、指令描述为执行某些动作。然而，应理解，这样的描述仅仅是为了方便，并且这些动作实际上是由计算装置，处理器，控制器或执行固件、软件、例程、指令等的其它装置产生的，并且在这样做时可能引起致动器或其它装置与物理世界相互作用。

虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是应认识到，本发明可以用与上述不同的方式来实践。上文的描述旨在是示例性的而非限制性的。因此，本领域的技术人员将明白，在不背离下面阐述的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (27)

1.一种使用光学传感器设备的光学测量方法，所述光学传感器设备包括：

光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；

光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及

支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数，所述方法包括：

使用所述光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记，其中所述光学元件的温度在所述第一测量期间改变；和

完成所述第一测量，其中所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的，

其中所述光学元件具有在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的长度，其中所述长度足够长使得所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的；并且

其中在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的所述光学元件长度足够长使得所述支撑件的温度在正在被完成的所述第一测量的10秒内改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学传感器设备还包括与所述支撑件成热连通的热交换器，并且其中在所述第一测量开始时所述支撑件处于第一温度，所述方法还包括在所述第一测量完成之后、在使用所述光学传感器设备执行第二测量之前等待预定时间量，其中所述支撑件在所述预定时间量内大致返回至所述第一温度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中执行测量包括在利用辐射照射所述标记之前利用冷却设备冷却所述光学元件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中执行测量包括在利用辐射照射所述标记期间利用冷却设备冷却所述光学元件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中执行测量包括在利用辐射照射所述标记之后利用冷却设备冷却所述光学元件。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换区域包括所述标记。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述热交换区域包括所述光学元件的、辐射入射至其上的区域。

8.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述热交换区域包括所述光学元件的由所述冷却设备冷却的区。

9.一种光学传感器设备，包括：

光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；

光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及

支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数，

其中所述光学传感器设备被配置成：

使用所述光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记，其中所述光学元件的温度在所述第一测量期间改变；和

完成所述第一测量，其中所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的，

其中所述光学元件具有在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的长度，其中所述长度足够长使得所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的；并且

其中在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的所述光学元件长度足够长使得所述支撑件的温度在正在被完成的所述第一测量的10秒内改变。

10.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述光学元件的热膨胀系数小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的一半。

11.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述光学元件的热膨胀系数小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的十分之一。

12.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述光学元件的热膨胀系数小于或等于所述支撑件的热膨胀系数的百分之一。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的光学传感器设备，其中所述光学元件的热膨胀系数小于或等于约0.2×10^-6K^-1。

14.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述光学元件由以下材料中的至少一种形成：

镀铝锌和堇青石。

15.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件的热导率是所述光学元件的热导率的至少两倍。

16.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件的热导率是所述光学元件的热导率的至少十倍。

17.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件的热导率是所述光学元件的热导率的至少一百倍。

18.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件的热导率是至少175Wm^-1K^-1。

19.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件由陶瓷形成。

20.根据权利要求19所述的光学传感器设备，其中所述陶瓷是渗硅碳化硅。

21.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件由金属形成。

22.根据权利要求21所述的光学传感器设备，其中所述金属是铝。

23.根据权利要求9所述的光学传感器设备，其中所述支撑件由金属-陶瓷形成。

24.根据权利要求23所述的光学传感器设备，其中所述金属-陶瓷是铝碳化硅。

25.根据权利要求9所述的光学传感器设备，还包括与所述支撑件成热连通的热交换器。

26.一种光刻设备，包括：

照射系统，所述照射系统被配置成调节辐射束；

支撑结构件，所述支撑结构件被构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在辐射束的横截面中向所述辐射束赋予图案以形成经图案化的辐射束；

衬底台，所述衬底台被构造成保持衬底，所述衬底台具备光学传感器设备；以及

投影系统，所述投影系统被配置成将所述经图案化的辐射束投影至所述衬底上，

其中所述光学传感器设备包括：

光学元件，所述光学元件包括被配置成选择性地透射入射辐射的标记；

光检测器，所述光检测器被配置成接收由所述标记透射的辐射并且提供指示所接收的辐射的输出信号；以及

支撑件，所述支撑件支撑所述光学元件并且与所述光学元件成热接触，其中所述支撑件的热导率大于所述光学元件的热导率，并且其中所述支撑件的热膨胀系数大于所述光学元件的热膨胀系数，

其中所述光学传感器设备被配置成：

使用所述光学传感器设备执行第一测量，所述第一测量包括利用辐射照射所述标记，其中所述光学元件的温度在所述第一测量期间改变；和

完成所述第一测量，其中所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的，

其中所述光学元件具有在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的长度，其中所述长度足够长使得所述支撑件的温度在整个所述第一测量期间是大致恒定的；并且

其中在所述光学元件的热交换区域与所述支撑件之间延伸的所述光学元件长度足够长使得所述支撑件的温度在正在被完成的所述第一测量的10秒内改变。

27.根据权利要求26所述的光刻设备，还包括与所述支撑件成热连通的热交换器。