CN113906346A - 包括消球差单物镜的量测工具 - Google Patents

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Abstract

提供一种量测工具、一种消球差单透镜、和一种设计消球差单透镜的方法。量测工具用于确定衬底上的结构的特性。量测工具包括用于检测在波长范围内的辐射的光学检测系统。光学检测系统包括用于将辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜。消球差单透镜具有在所述波长范围内的消球差波长。

Description

包括消球差单物镜的量测工具
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年5月17日递交的欧洲/美国申请19175086.8的优先权，该欧洲/美国申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于确定衬底上的结构的一个或多个特性的量测工具。具体地，本发明涉及在此类量测工具内包括消球差单物镜的光学检测系统。
背景技术
光刻设备是构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(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(经常也称为“设计布局”或“设计”)投影至设置于衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。此辐射的波长决定了可以形成于衬底上的特征的最小尺寸。当前在使用中的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。相比于使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备，使用具有在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的波长的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成较小的特征。
低k1光刻术可以用于处理尺寸小于光刻设备的典型分辨率极限的特征。在此过程中，可以将分辨率公式表示为CD＝k1×λ/NA，其中，λ为所采用的辐射的波长，NA为光刻设备中的投影光学器件的数值孔径，CD为“临界尺寸”(通常是被印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)并且k1为经验分辨率因子。一般而言，k1越小，就越难以在衬底上再生与由电路设计者规划以便实现特定电功能性及性能的形状及尺寸类似的图案。为了克服这些困难，可以将复杂的微调步骤应用于光刻投影装置和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于：NA的优化、自定义照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局的各种优化，诸如设计布局中的光学邻近效应校正(OPC，有时也称为“光学及过程校正”)，或者通常被定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。可替代地，用于控制光刻设备的稳定性的紧密的控制循环可以用于改善图案的在低k1下的再生。
用于光刻过程和/或相关测量过程的设备包括用于在设备内引导和控制辐射的复杂光学系统。这些光学系统可能非常复杂，以便满足对形成所述光学系统的一部分的设备所提出的严格性能要求。光学系统的性能通常依赖于波长，并且制造在更宽波长范围内满足性能要求的光学器件也可能增加光学系统的复杂性。结果，设备内部的光学系统可以具有较大的尺寸和/或成本并且可能难以生产。本文中描述的是解决与用于光刻、量测和/或检查设备的光学系统相关的挑战中的一些挑战的方法和系统。
发明内容
根据本公开，提供一种用于确定衬底上的结构的特性的量测工具。所述量测工具可以包括用于检测在波长范围内的辐射的光学检测系统，其中，所述光学检测系统包括用于将所述辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜，其中，所述消球差单透镜具有在所述波长范围内的消球差波长。
可选地，所述消球差单透镜可以包括：前表面和后表面，所述前表面和后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，所述消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内。所述消球差单透镜还可以包括多个其他透镜特性，其中，所述最小球面色像差是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
可选地，所述多个其他透镜特性可以包括材料、厚度、数值孔径、焦距、和放大率中的至少两项。
可选地，所述轴上曲率可以被表示为科丁顿(Coddington)形状因子。
可选地，所述球面色像差可以是波前像差并且可以包括球面色像差均方根(RMS)值。
可选地，所述消球差单透镜的球面色像差可以依赖于波长。在所述波长范围内具有最高值的球面色像差可以用于表示所述消球差单透镜的球面色像差。
可选地，所述消球差单透镜可以被配置为对于与所述波长范围相关的消球差波长是消球差的。所述消球差波长可以被提供于一点处，在该点处，与比宽带波长范围中的所述消球差波长短的波长相关的最高球面色像差落入与比所述宽带波长范围中的所述消球差波长长的波长相关的最高球面色像差的预定范围内。
可选地，所述最高球面色像差可以具有在0.05个波长和26个波长之间的RMS值。
可选地，所述预定范围可以是0.02个波长RMS。
可选地，所述辐射可以包括在所述检测器被配置为要检测的宽带波长范围中的多个波长。
可选地，所述辐射可以包括具有在1nm与5nm之间的带宽的波长范围。
可选地，所述消球差单透镜可以是双非球面的。
可选地，所述材料可以是具有大于63的阿贝(Abbe)数的低色散材料。
可选地，所述低色散材料可以具有大于90的阿贝数。
可选地，所述材料可以是CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3A15O12或Y3A15O12中的一种。
可选地，所述数值孔径可以小于0.95，大于0.2，并且可选地是0.5。
可选地，所述放大率可以具有从10至100的量值。
可选地，所述厚度可以具有在1mm和10mm之间的值。
可选地，主焦距可以具有在1mm和20mm之间的值。
可选地，所述宽带波长范围可以包括从深紫外辐射至红外辐射的波长。
可选地，所述宽带波长范围可以包括从200nm至2000nm的范围。
可选地，所述消球差单透镜在使用时不包括抗反射涂层。
可选地，所述消球差单透镜可以是物镜。
可选地，待确定的所述特性可以是套刻精度。
可选地，所述量测工具可以是多波长量测传感器。
根据本公开的另一方面，提供一种用于接收在波长范围内的辐射的消球差单透镜。所述消球差单透镜可以被配置为对于消球差波长是消球差的。所述消球差单透镜可以包括：前表面和后表面，所述前表面和后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，所述消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内；以及多个其他透镜特性。所述最小球面色像差可以是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
可选地，所述消球差波长可以被提供于一点处，在该点处，与比宽带波长范围中的所述消球差波长短的波长相关的最高球面色像差落入与比所述宽带波长范围中的所述消球差波长长的波长相关的最高球面色像差的预定范围内。
可选地，所述预定范围可以是0.02个波长RMS。
可选地，所述最高球面色像差可以具有在0.05个波长和26个波长之间的RMS值。
根据本公开的另一方面，提供一种包括如上文所描述的量测工具的光刻设备。
根据本公开的另一方面，提供一种设计被配置为在波长范围内使用的消球差单透镜的方法。所述方法可以包括：设定多个透镜特性。所述方法还可以包括：设定消球差波长，其中，所述消球差波长落入所述波长范围内。所述方法还可以包括：基于所述多个透镜特性和所述消球差波长，以选择所述消球差单透镜的轴上曲率。所述方法还可以包括：基于所述轴上曲率、所述消球差波长、和所述多个其他透镜特性，以确定所述消球差单透镜的球面色像差。所述方法还可以包括：将所述球面色像差与预定的最小球面色像差值进行比较；所述方法还可以包括：如果所述球面色像差落在所述预定的最小球面色像差值的上下20％范围之外，则选择不同的轴上曲率并重复本段落中的所述步骤。
可选地，确定所述球面色像差可以包括：确定所述波长范围内的球面色像差。所述方法还可以包括：确定所述球面色像差在所述波长范围内是否平衡。所述方法还可以包括：如果所述球面色像差在所述波长范围内不平衡，则设置不同的消球差波长。
附图说明
现在将参考随附图并仅以示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
-图1描绘了光刻设备的示意性概略图；
-图2描绘了光刻元的示意图；
-图3描绘了整体光刻术的示意图，该整体光刻术表示用于优化半导体制造的三个关键技术之间的协作；
-图4描绘了水平传感器的示意图；
-图5描绘了对准传感器的示意图；
-图6描绘了量测工具的包括消球差单透镜的一部分的示意图；
-图7描绘了用于量测工具的消球差单透镜；
-图8描绘了示出在消球差单透镜的消球差波长周围平衡的4阶及更高阶球面像差的曲线图；
-图9描绘了示出随具有不同曲率的消球差单透镜的形状因子而变化的球面色像差的曲线图；以及
-图10描绘了用于确定透镜设计参数的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如，波长为365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和EUV(极紫外辐射，例如具有在约5nm至100nm的范围内的波长)。
如本文中采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为指可以用于对入射束赋予图案化横截面的通用图案形成装置，该图案化横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案。在此内容背景中，也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射型或反射型、二元型、相移型、混合型等)以外，其他此类图案形成装置的示例还包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘了光刻设备LA。光刻设备LA包括：照射系统(也称为照射器)IL，该照射系统被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)T，该掩模支撑件构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接至第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，该衬底支撑件构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接至第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，该投影系统被配置为将由图案形成装置MA向辐射束B赋予的图案投影至衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
在操作中，照射系统IL例如经由光束传递系统BD接收来自辐射源SO的辐射束。照射系统IL可以包括用于引导、成形、和/或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型、和/或其他类型的光学组件，或其任何组合。照射器IL可以用于调节辐射束B，以在图案形成装置MA的平面处在其横截面中具有期望的空间及角强度分布。
本文中使用的术语“投影系统”PS应该被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射和/或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用的其他因素的各种类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、合成型、磁性型、电磁型、和/或静电型光学系统，或其任何组合。可以将本文中对术语“投影透镜”的任何使用视为与更上位的术语“投影系统”PS同义。
光刻设备LA可以属于如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统PS与衬底W之间的空间——这也称为浸没光刻。在以引用的方式并入本文中的US6952253中给出了关于浸没技术的更多信息。
光刻设备LA也可以属于具有两个(又名“双平台”)或更多个衬底支撑件WT的类型。在该“多平台”机器中，可以并行地使用衬底支撑件WT，和/或者可以对位于衬底支撑件WT中的一个上的衬底W进行准备衬底W的后续曝光的步骤，同时将另一个衬底支撑件WT上的另一个衬底W用于使图案曝光于所述另一个衬底W上。
除了衬底支撑件WT以外，光刻设备LA可以包括测量平台。测量平台被配置为保持传感器和/或清洁装置。传感器可以被配置为测量投影系统PS的特性或辐射束B的特性。测量平台可以保持多个传感器。清洁装置可以被配置为清洁光刻设备的一部分，例如投影系统PS的一部分或系统的提供浸没液体的一部分。测量平台可以在衬底支撑件WT远离投影系统PS时在投影系统PS下面移动。
在操作中，辐射束B入射于保持在掩模支撑件MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上并由存在于图案形成装置MA上的图案(设计布局)进行图案化。在已横穿掩模MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将该束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW及位置测量系统IF，可以准确地移动衬底支撑件WT，例如以便在聚焦且对准的位置处在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM及可能的另一个位置传感器(该另一个位置传感器未在图1中明确地描绘)可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置MA。可以使用掩模对准标记M1、M2及衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。尽管如所说明的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但是衬底对准标记P1、P2可以位于目标部分之间的空间中。在衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，将这些衬底对准标记P1、P2称为划线对准标记。
如图2中所示，光刻设备LA可以形成光刻元LC(有时也称为光刻单元或(光刻)簇)的一部分，该光刻元LC通常还包括用于对衬底W执行曝光前处理及曝光后处理的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于使曝光的抗蚀剂显影的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板CH和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W、在不同的处理设备之间移动衬底W并将衬底W传送至光刻设备LA的装载台LB。光刻单元中的通常也统称为轨道的装置通常处于轨道控制单元TCU的控制下，该轨道控制单元TCU自身可以受管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也可以例如经由光刻控制单元LACU控制光刻设备LA。
为了正确且一致地曝光由光刻设备LA曝光的衬底W，需要检测衬底以测量图案化结构的特性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。出于此目的，可以在光刻单元LC中包括检测工具(未示出)。尤其是在同一批量或批次的其他衬底W仍待曝光或处理之前进行检测的情况下，如果检测到误差，则可以例如对后续衬底的曝光或对将对衬底W执行的其他处理步骤进行调整。
也可以称为量测设备的检查设备用于确定衬底W的特性，并且特别地确定不同衬底W的特性如何变化或与同一衬底W的不同层相关联的特性在不同层间如何变化。检查设备可替代地构造成识别衬底W上的缺陷，并且可以是例如光刻单元LC的一部分，或者可以集成到光刻设备LA中，或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜影(在曝光之后位于抗蚀剂层中的图像)的特性，或者半潜影(在曝光后烘烤步骤PEB之后位于抗蚀剂层中的图像)的特性，或者被显影的抗蚀剂的图像(其中抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已经移除)的特性，或者甚至被蚀刻的图像(在诸如蚀刻的图案转移步骤之后)的特性。
通常，光刻设备LA中的图案化过程是在处理中的最关键步骤中的一个步骤，该处理需要结构在衬底W上的尺寸标定及放置的较高准确度。为了确保此较高准确度，可以将三个系统组合于所谓的“整体”控制环境(如图3中示意性地描绘)中。这些系统中的一个是光刻设备LA，光刻设备LA(实际上)连接至量测工具MT(第二系统)并且连接至计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键在于优化这些三个系统之间的协作以增强总体过程窗口且提供紧密的控制循环，从而确保由光刻设备LA执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义过程参数(例如，剂量、焦点、套刻精度)的范围，在该范围内，具体制造过程产生被定义的结果(例如，功能半导体器件)——通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在该范围内变化。
计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的一部分)以预测要使用哪种分辨率增强技术并且执行运算光刻模拟及计算，以确定哪种掩模布局及光刻设备设定实现图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中由第一标尺SC1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被配置为与光刻设备LA的图案化可能性相匹配。计算机系统CL也可以用于检测在过程窗口内光刻设备LA当前正在何处操作(例如，使用来自量测工具MT的输入)，以预测由于例如次最优处理是否可能存在缺陷(在图3中由第二标尺SC2中的指向“0”的箭头描绘)。
量测工具MT可以将输入提供至计算机系统CL以实现准确的仿真及预测，并且可以将回馈提供至光刻设备LA以识别例如光刻设备LA的校准状态下的可能漂移(在图3中由第三标尺SC3中的多个箭头描绘)。
在光刻过程中，需要频繁地对所产生结构进行测量，例如以用于过程控制及校验。用于进行此测量的工具通常称为量测工具MT。用于进行此类测量的不同类型的量测工具MT是已知的，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具MT。散射仪是多功能仪器，该多功能仪器通过在光瞳或与散射仪的物镜的光瞳共轭的平面中具有传感器来允许测量光刻过程的参数(测量通常称为以光瞳为基础的测量)，或者通过在图像平面或与图像平面共轭的平面中具有传感器来允许测量光刻过程的参数，在这种情况下测量通常称为以图像或场为基础的测量。以全文引用的方式并入本文中的专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1，628,164A中进一步描述了此类散射仪及相关联的测量技术。在一些测量设定中，传感器可以位于图像平面附近或图像平面的共轭平面附近，以便执行测量以获得强度信息，根据该强度信息可以重构成像系统的波前像差。前述散射仪可以使用来自软x射线及可见光至近IR波长范围的光来测量光栅。
在第一实施例中，散射仪MT为是角分辨散射仪。在此散射仪中，重构方法可以应用于被测量信号以重构或计算光栅的特性。此重构可以例如通过仿真散射辐射与目标结构的数学模型的交互作用以及比较模拟结果与测量的结果来实现。调整数学模型的参数，直至所模拟的交互作用产生与从真实目标观测到的衍射图案类似的衍射图案。
在第二实施例中，散射仪MT为光谱散射仪MT。在此光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导至目标上，并且来自目标的反射辐射或散射辐射被引导至光谱仪检测器上，该光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，测量随波长而变化的强度)。根据此数据，可以例如通过严格耦合波分析及非线性回归或通过与被模拟的光谱的库进行比较来重构产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。
在第三实施例中，散射仪MT是椭圆测量散射仪。椭圆测量散射仪通过测量针对各偏振状态的散射辐射来允许确定光刻过程的参数。此量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适合的偏振滤光器来发射偏振光(诸如，线性、圆形或椭圆偏振光)。适合于量测设备的源也可以提供偏振辐射。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请11/451，599、11/708，678、12/256，780、12/486，449、12/920，968、12/922，587、13/000，229、13/033，135、13/533，110和13/891，410中描述了现有的椭圆测量散射仪的各种实施例。
在散射仪MT的一个实施例中，散射仪MT适用于通过测量反射光谱和/或检测构造中的不对称性来测量两个未对准光栅或周期性结构的套刻精度，该不对称性与套刻精度的范围相关。可以将两个(通常重叠的)光栅结构应用于两个不同的层(未必是连续层)中，并且这两个光栅结构可以形成为在晶片上处于基本相同的位置处。散射仪可以具有例如在共同拥有的专利申请EP1，628，164A中描述的对称检测构造，使得能够清楚地区分开任何不对称性。这提供了用于测量光栅的未对准的简单方式。可以在以全文引用的方式并入本文中的PCT专利申请公开No.WO 2011/012624或美国专利申请US 20160161863中找到用于在通过周期性结构的不对称性来测量目标时测量包含所述周期性结构的两个层之间的重叠误差的其他示例。
其他感兴趣的参数可以是焦点和剂量。可以通过如以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请US2011-0249244中描述的散射测量(或者可替代地通过扫描电子显微法)同时确定焦点和剂量。可以使用单个结构，该单个结构针对焦点能量矩阵(FEM，也称为焦点曝光矩阵)中的每一点具有临界尺寸与侧壁角测量结果的唯一组合。如果临界尺寸与侧壁角的这些唯一组合是可获得的，则可以根据这些测量结果来唯一地确定焦点和剂量值。
测量目标可以是通过光刻过程主要在抗蚀剂中而且也在例如蚀刻过程之后形成的复合光栅的集合。通常，光栅中的结构的节距及线宽很大程度上依赖于测量光学器件(尤其是光学器件的NA)，以便能够捕获来自测量目标的衍射阶。如先前所指明的，衍射信号可以用于确定两个层之间的移位(也称为“套刻精度”)或者可以用于重构如由光刻过程产生的原始光栅的至少一部分。此重构可以用于提供光刻过程的品质的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有被配置为模仿目标中的设计布局的功能部分的尺寸的较小子区段。由于该子区段，所以目标将表现得与设计布局的功能部分更类似，以使得总体过程参数测量更好地类似于设计布局的功能部分。可以在填充不足模式下或在填充过度模式下测量目标。在填充不足模式下，测量束产生小于总体目标的光点。在填充过度模式下，测量束产生大于总体目标的光点。在此填充过度模式下，也有可能同时测量不同的目标，由此同时确定不同的处理参数。
使用具体目标的光刻参数的总体测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案来确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括：测量自身的一个或多个参数、被测量的一个或多个图案的一个或多个参数，或者它们两者。例如，如果在衬底测量选配方案中所使用的测量是以衍射为基础的光学测量，则测量的参数中的一个或多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的定向等。用于选择测量选配方案的标准之一可以是例如测量参数中的一个测量参数对于处理变化的灵敏度。在以全文引用的方式并入本文中的美国专利申请US2016-0161863和公开的美国专利申请US2016/0370717A1中描述了更多示例。
另一个示例性量测工具MT是形貌测量系统、水平传感器或高度传感器，形貌测量系统、水平传感器或高度传感器可以集成在光刻设备中，并且被配置为测量衬底(或晶片)的顶部表面的形貌。衬底的构形的地图(也称为高度图)可以由指示随衬底上的位置而变化的衬底的高度的这些测量而产生。此高度图随后可以用于在将图案转移于衬底上期间校正衬底的位置，以便在衬底上的恰当聚焦位置处提供图案形成装置的空中图像。将理解的是，“高度”在此内容背景中是指明显地在衬底平面之外的尺寸(也称为X轴)。通常，水平或高度传感器在固定部位(相对于其自身的光学系统)处执行测量，并且衬底与水平或高度传感器的光学系统之间的相对移动在衬底中的各部位处产生高度测量。
在图4中示意性地示出如本领域中已知的水平或高度传感器LS的示例，图4仅说明操作原理。在此示例中，水平传感器包括光学系统，该光学系统包括投影单元LSP及检测单元LSD。投影单元LSP包括提供辐射束LSB的辐射源LSO，该辐射束LSB由投影单元LSP的投影光栅PGR赋予。辐射源LSO可以是例如窄带或宽带辐射源(诸如，超宽谱光源)、偏振或非偏振的、脉冲或连续的，诸如偏振或非偏振激光束。辐射源LSO可以包括具有不同颜色或波长范围的多个辐射源，诸如多个LED。虽然水平传感器LS的辐射源LSO不限于可见光辐射，但是可以另外或替代地涵盖UV和/或IR辐射及适合于从衬底的表面反射的波长的任何范围。
投影光栅PGR是包括周期性结构的周期性光栅，该周期性结构产生具有周期性变化的强度的辐射束BE1。具有周期性变化的强度的辐射束BE1被引导至衬底W上的相对于垂直于入射衬底表面的轴线(Z轴)具有入射角ANG的测量部位MLO，该入射角在0度和90度之间，通常在70度和80度之间。在测量部位MLO处，已图案化的辐射束BE1被衬底W反射(由箭头BE2指示)并且被引导至检测单元LSD。
为了确定测量部位MLO处的高度水平，水平传感器还包括检测系统，该检测系统包括检测光栅DGR、检测器DET及用于处理检测器DET的输出信号的处理单元(未示出)。检测光栅DGR可以与投影光栅PGR相同。检测器DET产生检测器输出信号，该检测器输出信号指示所接收的光，例如指示所接收的光的强度，诸如光检测器；或者表示所接收的强度的空间分布，诸如摄影机。检测器DET可以包括一种或多种检测器类型的任何组合。
借助于三角测量技术，可以确定测量部位MLO处的高度水平。检测到的高度水平通常与由检测器DET所测量的信号强度相关，该信号强度具有尤其依赖于投影光栅PGR的设计及(倾斜)入射角ANG的周期性。
投影单元LSP和/或检测单元LSD可以沿投影光栅PGR与检测光栅DGR之间的已图案化辐射束的路径包括其他光学元件(未示出)，诸如透镜和/或反射镜。
在实施例中，可以省略检测光栅DGR，并且可以将检测器DET放置于检测光栅DGR所在的位置处。此配置提供投影光栅PGR的图像的更直接检测。
为了有效地覆盖衬底W的表面，水平传感器LS可被配置为将测量束BE1的阵列投影至衬底W的表面上，由此产生覆盖较大测量范围的测量区域MLO或光点的阵列。
例如，在均以引用的方式并入的US7265364和US7646471中披露了一般类型的多个高度传感器。在以引用的方式并入的US2010233600A1中披露使用UV辐射而非可见光或红外辐射的高度传感器。在以引用的方式并入的WO2016102127A1中，描述了使用多元件式检测器来检测及识别光栅图像的位置而无需检测光栅的紧凑型高度传感器。
在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，由此在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的关键方面可以是相对于(由相同设备或不同的光刻设备)被置于先前层中的特征正确且准确地放置所施加图案的能力。出于此目的，衬底设置有一组或多组标记。每个标记均是结构，该结构的位置稍后可以使用位置传感器(通常是光学位置传感器)来测量。位置传感器可以被称为“对准传感器”，并且标记可以被称为“对准标记”。
光刻设备可以包括可以用于准确地测量设置于衬底上的对准标记的位置的一个或多个(例如，多个)对准传感器。对准(或位置)传感器可以使用光学现象(诸如衍射和干涉)来从形成于衬底上的对准标记获得位置信息。用于当前光刻设备中的对准传感器的示例是基于如在US6961116中描述的自参考式干涉计。已经开发出位置传感器的各种增强例及修改例，例如在US2015261097A1中所披露的。所有这些公开的内容以引用的方式并入本文中。
标记或对准标记可以包括形成于设置在衬底上的层上或层中或(直接)形成于衬底中的一系列条带。这些条带可以规则地隔开并充当光栅线，使得可以将标记视为具有公知的空间周期(节距)的衍射光栅。依赖于这些光栅线的定向，标记可以被设计成允许测量沿着X轴或沿着Y轴(Y轴定向成基本垂直于X轴)的位置。包括配置成相对于X轴及Y轴两者成+45度和/或-45度的条带的标记允许使用如在以引用的方式并入的US2009/195768A中描述的技术的组合式X测量及Y测量。
对准传感器利用辐射光点光学地扫描每个标记，以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。分析此信号的相位以确定标记的位置，并且因此确定衬底相对于对准传感器的位置，该对准传感器转而相对于光刻设备的参考框架固定。可以提供与不同(粗略和精细)的标记尺寸相关的所谓的粗略标记和精细标记，使得对准传感器可以区分周期性信号的不同周期以及在周期内的精确位置(相位)。也可以出于此目的而使用不同节距的标记。
测量标记的位置也可以提供关于衬底的变形的信息，例如呈晶片栅格的形式的标记被设置于该衬底上。衬底的变形可以通过例如将衬底静电夹持至衬底台和/或当衬底暴露于辐射时对衬底进行加热而出现。
图5是已知的对准传感器AS(诸如例如在以引用的方式并入的US6961116中所描述的)的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射束RB，由转向光学器件将所述辐射束RB转向至标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上，以作为照射光点SP。在此示例中，转向光学器件包括光点反射镜SM和物镜OL。用于照射标记AM的照射光点SP的直径可以稍微小于标记自身的宽度。
由标记AM衍射的辐射(在此示例中经由物镜OL)被准直成信息携载束IB。术语“衍射”旨在包括来自标记的零阶衍射(零阶衍射可以被称为反射)。例如在上文所提及的US6961116中所披露的类型的自参考式干涉计SRI利用其自身干涉束IB，然后束被光检测器PD接收。可以包括额外的光学器件(未示出)以在由辐射源RSO产生多于一个波长的情况下提供单独的束。光检测器可以是单个元件，或光检测器视需要可以包括多个像素。光检测器可以包括传感器阵列。
在此示例中包括光点反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得信息携载束IB仅包括来自标记AM的更高阶衍射辐射(这对于测量而言并非必需的，但是改善了信噪比)。
将强度信号SI供应至处理单元PU。通过组合区块SRI中的光学处理与单元PU中的运算处理，输出衬底上相对于参考框架的X位置及Y位置的值。
所说明类型的单一测量仅将标记的位置固定于对应于该标记的一个节距的某一范围内。结合此测量使用较粗略的测量技术，以识别正弦波的哪一周期是包含被标记位置的周期。可以在不同波长下重复较粗略和/或较精细水平处的同一过程，以用于提高准确度和/或用于稳健地检测标记，而与制成标记的材料及标记设置于其上方和/或下方的材料无关。可以光学地多路复用及解复用所述波长以便同时处理所述波长，和/或可以通过分时或分频来多路复用所述波长。
在此示例中，对准传感器及光点SP保持静止，而衬底W移动。因此，对准传感器可以刚性且准确地安装至参考框架，同时在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在此移动中，通过使衬底W安装于衬底支撑件上并且使衬底定位系统控制衬底支撑件的移动来控制衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如，干涉计)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在实施例中，一个或多个(对准)标记设置于衬底支撑件上。对设置于衬底支撑件上的标记的位置的测量允许校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置(例如相对于对准系统连接至的框架)。对设置于衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。
光刻设备LA及其相关过程及方法可能很复杂，并且可以获得与过程和/或装置相关的大量测量数据。因此，许多不同类型的量测工具MT可以用于收集与光刻设备LA、相关过程和/或产品相关的数据。包括上文所描述的示例的量测工具(诸如散射仪、水平传感器LS、对准传感器AS)可以使用辐射以便获得关于测量目标的信息。此辐射可以是电磁辐射。
量测工具MT(无论其是以图像为基础或是以衍射为基础)可以使用来自电磁光谱内的宽波长范围的一个或多个辐射波长。量测工具MT可以使用一个或多个具体波长、波长范围或两者的组合。波长范围可以是窄带范围或宽带范围。量测工具MT可以使用物镜以进行照射目标、收集从目标衍射和/或反射的辐射、以及对目标进行成像中的一项或多项。这些物镜可以具有较高的数值孔径(NA)，以便增加被系统捕获的辐射量并产生最大的图像分辨率。被设计为在宽波长范围内起作用的高NA物镜(如可以是光刻过程所需的)可以由多个透镜元件组成，以校正物镜中出现的各种像差。透镜的数目通常可以高达十五个或更多。物镜元件中的一些可以被黏合在一起以形成双合透镜或三合透镜。双合透镜、三合透镜及黏合透镜一般可以包括若干优点及缺点。缺点的示例可以是各种玻璃或晶体之间的热膨胀系数失配。此失配可能引起机械应力，这转而可能导致变形和/或应力双折射，从而造成透射光的偏振的伪变化。可以由包括单一透镜元件的单透镜提供双合透镜、三合透镜或更复杂透镜系统的替代方案。除非另外具体地说明，否则本文中描述的单透镜是执行成像或其他辐射控制功能(例如，辐射收集)的主要部分的单个元件透镜。单透镜可以与一个或多个其他透镜组合使用，并且在一个或多个其他透镜执行单独的光学功能时仍可以被称为单透镜。一个或多个其他透镜也可以例如通过相对于透镜的尺寸及特性(例如，焦距)定位于远处来与单透镜分离。例如，单透镜可以与第二透镜组合，以用于像差补偿和/或用于重新准直。另一个示例可以是与场透镜组合的望远镜单态物镜。双合透镜或三合透镜通常黏合在一起。然而，在一些情况下，可以参考空气空间双合透镜或三合透镜，在空气空间双合透镜或三合透镜中，形成双合透镜/三合透镜的元件是间隔开的。在此类情况下，由于透镜元件的组合执行共享光学功能，所以所组合的透镜元件可以被称为双合透镜或三合透镜。尽管本文中论述双合透镜及三合透镜，但将理解的是，可以组合多于3个的透镜元件(例如，可以将多于3个的透镜元件黏合在一起)。
第一类型的像差可以被称为色差或轴向颜色，色差或轴向颜色是透镜元件的材料的依赖于波长的性能(色散)的结果。这可能导致主焦距的依赖于波长的变化。由于色差依赖于波长，所以随着要求物镜起作用的波长范围的增大，解决及校正像差所需的透镜元件的量也会增加。可能出现在光学系统中的第二类型的像差包括轴上球面像差、离轴单色像差、彗形像差、像散、像场弯曲、失真、光瞳像差及光瞳失真。随着与轴相距的距离增加，离轴像差可以具有更强的效应。因此，所引入的像差对于高NA物镜可以是较大的。也可以通过新增额外的透镜元件来校正第二类型的像差。第三类型的像差是球面色像差，该球面色像差可以包括四阶或更高阶球面像差的依赖于波长的变化。如本文中所描述的，校正可以包括用于消除像差效应的完全校正以及像差的部分校正，在部分校正中像差效应减小但并非全部消除。
对于量测工具MT(例如，对于套刻精度量测)，物镜的复杂性及成本可能随着波长范围的光谱宽度的增加而增加，量测工具MT以及因此物镜必须在该波长范围内操作。物镜的复杂性可以包括元件的数目及元件的形状。复杂性也可以表示在关于针对元件中的一个或多个的抗反射(AR)涂层的挑战及要求方面。由于在诸如物镜的光学系统内的反射辐射既可以降低光学系统的效率又可以通过包含重影反射和/或杂散辐射来对光学系统的性能产生不利影响，所以可能需要AR涂层。对于具有宽带波长操作范围(即，较大的光谱宽度)的量测工具MT，可能出现关于AR涂层的几个挑战。第一个挑战在于AR涂层依赖于波长，并且可能例如不超过跨越多于一倍频程的辐射频率的操作范围。第二个挑战在于随着透镜元件的数目增加，可以各自反射入射辐射的小部分的表面的量增加，并且因此需要AR涂层。随着光谱宽度及透镜元件表面的量中的任一项或两项的增加，对光学系统中的AR涂层的要求变得更加严格，从而导致更复杂且更昂贵的AR涂层。
结合量测工具MT的所有成像要求对量测工具MT的物镜提出了复杂的设计规格。将需要降低量测工具MT内部的光学系统的复杂性及相关成本。本文中所提出的方案将利用量测工具MT，在该量测工具MT中利用简化的光学系统来替换多元件式物镜。使用简化的光学系统进行成像可以包括：使用简化的光学系统来控制及捕获辐射以形成图像。在成像过程的光学步骤之后，可以使用由简化的光学系统所捕获的图像的运算后处理来改善图像。简化的光学系统可以是例如单透镜。使用单透镜的缺点在于由于透镜仅具有两个表面，所以单透镜无法校正所有单色差及色差。然而，代替使用如上文所描述的光学器件来解决这些像差，运算校正步骤(例如，使用算法)可以提供用于解决像差的方案。
由于像差，由简化的光学系统所捕获的图像可能被模糊。为了使运算算法解决此模糊，期望使像差在待运算处理的感兴趣的区域上基本恒定。这可以例如通过具有近似等平面的感兴趣的区域来实现。基于运算处理分析图像的感兴趣的区域可以位于图像平面中。感兴趣的区域可以包括光轴及在该光轴周围的区域。对于在光轴附近的区域，具有近似恒定的像差要求区域不含像差，该像差随着离光轴的径向距离而线性地缩放。其余像差随着离光轴的径向距离的二阶、三阶及更高阶而缩放，这意味着所述其余像差可以在光轴附近的区域中近似为常数。因此，如果感兴趣的区域足够小，并且因此能够接近于光轴，则除了线性依赖于离光轴的径向距离的那些像差之外的像差可以在感兴趣的区域上近似为常数。如果感兴趣的区域的直径足够小，使得依赖于场的像差区域占衍射受限波前像差的小部分(例如，在大约1/3至1/4之间)，则可以将感兴趣的区域视为足够小。如果均方根(RMS)波前像差等于或小于(≤)0.072个波长(λ)RMS，则均匀填充的透镜可以受到衍射限制。在示例性系统中，感兴趣的区域的直径可以是约50μm，并且依赖于场的像差可以≤0.020λRMS。
如果感兴趣的区域小到足以符合此近似，则可以通过移除一阶像差来获得感兴趣的区域中的恒定像差。这可以通过满足阿贝正弦条件的透镜来实现，其中，物体及图像空间中的角度的比例正弦值是恒定的：
Figure BDA0003354349540000191
准确地满足阿贝正弦条件的透镜不具有轴上球面像差，并且另外不具有离轴线性彗形像差，其中，线性彗形像差是随着离光轴的径向距离而线性地缩放的初级彗形像差。满足阿贝正弦条件的透镜可以被称为消球差镜或消球差透镜。消球差透镜在光轴周围产生较小区域的恒定像差，并且因此可以适合于在简化的光学系统中使用，从而可以对所形成图像进行运算处理。
由单个透镜组成的消球差透镜可以被称为消球差单透镜的消球差单透镜。消球差单透镜可以仅对于单个波长而言是准确地消球差的。消球差单透镜具有固有色散性，从而引起色差及与依赖于更高阶波长的球面像差变化有关的球面色像差。因此，通常对于单个波长或窄带应用而言，使用消球差单透镜是已知的，其中，色差和/或球面色像差的效应可以是有限的且可以忽略不计。然而，对于宽带波长范围，在该宽带范围的至少一些范围内，消球差单透镜将表现出非消球差性能。如果将为在宽光谱范围(例如，IR至DUV，或EUV)内起作用的量测工具MT提供消球差单透镜，则消球差单透镜应该被设计为限制色散效应。
应该注意的是，消球差波长是初级球面像差及初级彗形像差的线性场依赖度都为零的波长。如果透镜设计是已知的，则可以通过数值计算由透镜引起的波前像差中的初级彗形像差系数及初级球面像差系数找到消球差波长，所述初级彗形像差系数及初级球面像差系数随场坐标及波长而变化。此类几何光学计算通过使用称为射线追踪的几何光学方法来确定通过透镜的多条射线的光学路径长度而进行。此分析在商业射线追踪程序代码(诸如Zemax OpticStudio或Code V)中为常规的。对于具有未知透镜设计的透镜，消球差波长必须借助于测量来确定。最简单的测量是测量随波长及场坐标两者而变化的初级球面像差及彗形像差，以找到初级球面像差及初级彗形像差的线性场依赖度都为零的波长。此类测量可以使用例如称为夏克哈特曼(Shack-Hartmann)传感器的波前传感器来执行或者可以在波长范围内操作的透镜测试干涉计中执行。分析软件用于分解初阶及更高阶像差系数中的被测量的波前数据。如果在量测中仅可以使用离散的波长，则可以通过对离散的量测波长之间的波长的量测数据进行插值来确定消球差波长。
对于指定的消球差波长，存在精确消球差单透镜的许多可能的设计。对于给定一组透镜特性(例如，折射率、主焦距、NA及透镜厚度)的消球差单透镜，色差针对不同的消球差镜设计可以是基本相同的。然而，存在球面色像差的变化。
在本文中披露一种消球差单透镜设计，对于该消球差单透镜设计，可以在指定宽带波长范围内使球面色像差最小化。这使得能够将用于简化的光学系统的消球差单透镜的设计提供给用于光刻设备LA及相关测量的量测工具MT。在本文中描述的是用于针对提供的一组透镜特性使球面色像差最小化和/或平衡色差的设计方法及消球差单透镜。
在本文中描述用于确定衬底W上的结构的特性的量测工具MT。量测工具MT包括用于检测波长范围内的辐射的光学检测系统。波长范围可以是宽带范围。光学检测系统可以包括用于将辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜。消球差单透镜可以具有在波长范围内的消球差波长。
包括将辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜的量测工具的优点在于该量测工具具有比由复杂物镜执行聚焦步骤的情况更简单的配置。
消球差单透镜适合于将辐射聚焦至检测器上，其中，辐射可以落在波长范围中的任何地方。可以在没有抗反射涂层的量测工具MT中提供消球差单透镜。
消球差单透镜被设计为具有消球差波长，对于该消球差波长，标称单透镜被设计为完全消球差的。由于制造公差，透镜的实际设计可能偏离标称设计。为了简洁起见，标称消球差透镜设计可以简称为消球差透镜设计。对于波长范围内的其他波长，消球差单透镜可以接近消球差特性及性能。
光学检测系统被设计为且适合于检测宽带范围内的辐射。然而，由量测工具MT中的光学检测系统检测到的辐射可以包括量测工具MT的波长范围中的多个波长。多个波长可以包括窄带辐射范围并且/或者包括多个离散波长。检测到的辐射也有可能仅包括来自量测工具MT的波长范围内的单个波长。被衬底W散射的辐射可以例如具有带宽在1nm与5nm之间的波长范围。可以从衬底W散射由消球差单透镜接收的辐射。辐射可以例如被衬底W上的结构反射或衍射，其中，量测工具MT用于确定衬底W上的结构的特性。
图6描绘了量测工具MT的包括消球差单透镜APS的一部分。辐射源SRC可以提供辐射以照射衬底W上的结构。此辐射100例如通过反射或衍射而从包括结构的衬底W散射。散射的辐射100可以被包括前表面FS及后表面BS的消球差单透镜APS捕获。量测工具中的光学装置的定向可以使得消球差单透镜与其垂直于衬底W的表面的光轴对准。消球差单透镜APS将辐射100聚焦至检测器300上。光学检测系统可以被配置为使得散射的辐射100沿着消球差单透镜APS的光轴OA或在消球差单透镜APS的光轴OA附近传播。由于透镜系统的消球差性质，对于消球差单透镜的光轴具有与衬底W的表面垂直的定向的系统，聚焦至检测器上的辐射可以在光轴OA附近的区域中具有基本恒定的像差。对于消球差单透镜的光轴不垂直于衬底表面W的系统，可以引入依赖于场的散焦。检测到的辐射可以被提供用于运算处理。
消球差单透镜APS可以包括前表面FS及后表面BS。前表面及后表面两者可以分别包括轴上曲率半径rf和rb，为了简洁起见，也可以将轴上曲率半径称为轴上曲率。消球差单透镜的轴上曲率使得消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内。消球差单透镜APS还包括除了轴上曲率rf和rb之外的多个透镜特性。最小球面色像差被确定为最小球面色像差，可以针对具有相同的一组其他特性的所有消球差单透镜APS获得该最小球面色像差。
将消球差单透镜设计为具有在最小球面色像差值的上下20％内的球面色像差的优点在于，消球差单透镜可提高量测工具MT中的消球差单透镜APS的性能。如上文所描述的，此消球差单透镜设计可以减小或者甚至最小化感兴趣的区域中的球面色像差，以便通过所产生的模糊图像的数值后处理进行校正。本文中所描述的本发明的重要方面是：发明人认识到，存在针对消球差单透镜的最小球面色像差值，并且随后确定接近所述最小值的设计。下文将更详细地论述对具有具体的一组特性的消球差单透镜的最小球面色像差值的确定。
一般而言，选择透镜的设计及形状，以使得非球面倾斜角最小化。出于非球面表面制造简易性及AR涂层均一性，可以选择此设计。用于使非球面倾斜角最小化的设计要求可能与用于设计轴上曲率的设计要求不兼容，从而使得球面色像差落入最小球面色像差值的具体范围内。基于己知的设计实践，使球面色像差落入最小球面色像差值的上下20％的范围内的设计选择不是明显的选择。在可替代的设计选择中，球面色像差可以落入最小球面色像差值的上下18％、16％、14％、12％、10％、8％或6％的范围内。
图7描绘了具有前表面FS及后表面BS的消球差单透镜APS。在消球差单透镜APS的光轴与前表面FS的交点处，指示前轴上曲率半径rf。类似地，在消球差单透镜APS的后表面BS与光轴OA的交点处，指示后表面的轴上曲率半径rb。在图7中，后表面BS具有比前表面FS更小的曲率半径。
可以在量测工具MT中设计及配置消球差单透镜APS，使得对于量测工具MT的正常操作，前表面FS首先接收辐射100。然后，辐射100在到达消球差单透镜APS的后表面BS之前传播通过消球差单透镜APS。在穿过消球差单透镜APS的后表面BS之后，辐射100可以被聚焦至检测器300上。
消球差单透镜APS可以是双非球面的，即，前表面FS及后表面BS可以具有非球面曲率。然而，在这种情况下，双非球面的消球差单透镜APS也可以包括那些消球差单透镜APS设计，在所述设计中，前表面FS及后表面BS中的一个或两个具有球面曲率。
为了设计消球差单透镜，定义及固定透镜的许多特性可能是必要的，以使得可以确定提供最小球面色像差的轴上曲率。此类特性也可以与量测工具和/或光学检测系统的要求相关并且由所述要求来确定。多个其他透镜特性可以包括材料、厚度、数值孔径NA、焦距(该焦距可以是主焦距)及放大率中的两项或更多项。
材料可以确定消球差单透镜的折射率及相关色散特性。厚度被理解为至少包括透镜的在光轴上的厚度。基于轴上厚度及对两个透镜表面的曲率的理解，可以确定单态在远离轴的位置处的厚度。主要厚度被理解为从消球差单透镜的后表面至焦点的距离。另外或替代地，可以(例如，从透镜的沿着光轴的中部、从沿着光轴的前表面等)提供可以明确地确定单态的特性的其他焦距。
折射率、厚度、主焦距、放大率、NA及消球差单透镜具有消球差的消球差波长的要求的组合可以提供足够的细节来描述消球差单透镜的前表面及后表面的形状。
前表面及后表面的轴上曲率可以被表示为科丁顿形状因子，也称为科丁顿形状参数。科丁顿形状因子B可以根据前表面轴上半径rf及后表面轴上半径rb的轴上曲率的倒数cf及cb进行表示：
Figure BDA0003354349540000231
尽管上文提供了科丁顿形状因子B的具体定义，但是也可以使用此形状因子的变型。科丁顿形状因子的变型可以包括：对因子的全部或部分执行数学运算和/或将因子或项添加至形状因子。作为科丁顿形状因子的替代方案，可以使用其他形状因子，规定所述其他形状因子表示消球差单透镜的轴上曲率。
球面色像差可以是波前球面色像差。球面色像差值可以被表示为球面色像差的均方根(RMS)值。球面色像差可以依赖于波长。对于前表面FS的曲率rf及后表面BS的曲率rb的具体选择，球面色像差可以针对消球差单透镜APS的整个波长范围使用单个值来表示。这可以通过在绝对项中确定在波长范围内的最高球面色像差值来实现，并且针对对应的轴上曲率及其他透镜特性选择表示消球差单透镜APS的球面色像差的该值。
由于组成消球差单透镜APS的材料中的色散性，消球差单透镜APS的主焦距可以依赖于波长。焦距的这种波长依赖性可以被称为轴向颜色或初级色差。当确定不同波长的球面色像差时，可以例如通过移动物体、单态和/或传感器来针对轴向颜色校正测量，以使得可以针对焦点对准图像确定球面色像差。
如上文所提及的，消球差单透镜可以仅对于单个波长为准确消球差的，该单个波长在本文中称为消球差单透镜APS的消球差波长。对于消球差单透镜APS被配置为在量测工具MT中使用的波长范围内的其余波长，消球差单透镜APS的特性偏离了消球差。消球差波长可以被选择作为设计的一部分，即，在给定的一组其他透镜特性的情况下，消球差波长可以通过相应地设计消球差单透镜APS的曲率来设置。因此，对消球差波长的选择可以用于影响其余波长的特性。由于可能需要在整个波长范围内具有尽可能接近消球差性能的特性，所以可以设定消球差波长来实现此要求。
消球差单透镜APS的消球差波长可以选自量测工具MT的宽带波长范围。对消球差波长的选择可以被选择为在消球差波长的任一侧的宽带波长范围内平衡球面色像差值。消球差波长可以被提供于一点处，在该点处，比宽带波长范围中的消球差波长短的波长的最高球面色像差落入比宽带波长范围中的设计波长长的波长的最高球面色像差的预定范围内。
图8描绘了说明4阶及更高阶球面色像差以及在宽带波长范围内的消球差单透镜的总波前均方根值的曲线图。提供像差值的波长范围跨越在曲线图的横轴上表示的350nm至2000nm之间。在纵轴上，像差以波长λ为单位进行表示。使用泽尔尼克边缘定义，曲线图中的4条实线表示4阶4OS、6阶6OS、8阶8OS和10阶10OS球面色像差系数。用虚线指示总RMS波前像差；由于像差被表示为均方根，所以所有值均为正数。
在曲线图中，消球差波长被选择为405nm。对于350nm至2000nm的波长范围，这导致短于405nm的波长及长于405nm的波长的RMS像差值的平衡。由于总波前RMS的形状(具体地为4OS球面色像差的贡献)，像差贡献对于刚好低于消球差波长的波长急剧上升。为避免在波长范围的较短端上的波长的较高像差值，选择更接近于波长范围的较短端的消球差波长。
对于比消球差波长短的波长及比消球差波长长的波长两者，最高球面色像差可以具有在0.05个波长与26个波长之间的RMS值。对于具有较低数值孔径的较小透镜，例如NA＝0.5且f＝2mm的CaF2透镜(低色散)，可以出现较低的最高球面色像差值。对于具有较大尺寸及NA(例如，NA＝0.9且f＝20mm)的较高色散透镜，可以出现约26个波长的最高球面色像差的较高值。
具体地说，在图8中，选择消球差波长，以使得在最短波长(350nm)下的总球面色波前RMS值类似于在700nm周围的总球面色波前RMS值，即，落入在700nm周围的总球面色波前RMS值的预定范围内，在700nm的位置处，曲线图达到局部最大值。如果设计波长已经被选择为短于405nm，则较短波长带中的最大RMS将减小，并且较长波长的最大RMS将增大。类似地，如果消球差波长被选择为长于405nm，则较短波长的最大RMS将增大，而较长波长的最大RMS将减小。可以选择设计波长，以使得两个最大值落入彼此的预定范围内。在示例中，对于RMS值，预定范围可以被设置为0.02个波长。即，比消球差波长更短及更长的波长的最大RMS像差值可以具有0.02个波长RMS的最大差值。在一些情况下，例如在对应于特定辐射源的波长例如用于使用干涉测量法的透镜品质验证的情况下，可以选择大于0.02λRMS的预定值。通常，预定范围可以被选择为最大球面色像差值的小部分(例如，上下1％、2％或5％)。例如，在26个波长的最大球面色像差值的情况下，最大预定范围可以落入26个波长的上下1％至上下5％之间。
预定范围可以基于设计选择来确定。可替代地或另外地，可利用对光学检测系统的限制(例如，透镜表面曲率的制造)来确定预定范围，以与理论上计算的曲率相匹配。
在图8中，比消球差波长短的波长及比消球差波长长的波长的最大RMS值不恰好相等。这可能是例如由于适宜波长，该适宜波长可以在将获得最大值之间的平衡的消球差波长附近被选择。因为存在可以用于提供在该精确波长下的辐射的直接照射源，所以波长可以是适宜的。可替代地或另外，例如由于共振，所以可以存在针对测量的特别感兴趣的波长。选择特别感兴趣的适宜波长可以是有益的，以使得可利用透镜在消球差波长下的精确消球差特性。
当比较球面像差值时，利用绝对项来确定较高值及较低值，即，基于值的量值而不考虑像差的+或-符号，例如在值比较中不考虑正/负符号。这可以例如通过使用RMS值来实现。
如上文所描述的，消球差单透镜可以被设计为具有在最小球面色像差(也称为最小球面色像差值)的上下20％内的球面色像差。可以针对多个其他特性及消球差波长中的每一个指定项来确定最小球面色像差值。对于给定的一组的透镜特性，例如多个其他特性(放大率、焦距、数值孔径、轴上厚度、及材料/折射率)及消球差波长，轴上曲率可以被设计及设定为接近此最小值。将了解的是，焦距可以是主焦距。
消球差单透镜的轴上曲率可以用形状因子(也称为形状参数)，例如科丁顿因子来表示。科丁顿形状因子可以用于以单个数值表示前表面FS及后表面BS的两个轴上曲率rf和rh。发明人意识到，例如使用薄透镜近似或使用具有不同形状因子的不同消球差单透镜的测量数据，可以示出科丁顿形状因子B(或科丁顿形状因子的变型)与在波长范围内的最大球面色像差之间的关系是近似于二次的。这在图9中进行说明，其中示出了随科丁顿形状因子而变化的球面色像差。所得到的曲线图在形状上基本上为二次的。测量点对应于具有在-0.55与-0.25之间的7个不同科丁顿形状因子B的7个消球差单透镜。不同的消球差单透镜都具有相同组的其他参数：折射率n＝1.442(在405nm的消球差波长下)、放大率M＝-15、主焦距f＝5mm、轴上厚度d＝3mm及数值孔径NA＝0.5的材料CaF2。在图9中，最小球面色像差值对应于值在B＝-0.4周围的形状因子。球面色像差被称为最大球面色像差值，这是由于该球面色像差为在波长范围内的最大球面色像差值。在图9中，波长范围为350nm至2000nm，并且最大球面色像差出现在700nm的波长周围(参见图8)。
图9示出始终为正数的RMS像差值，这意味着抛物线形状具有最小的绝对值。然而，即使在包括负像差值的情况下，也可以考虑像差的量值，从而使得始终存在球面色像差具有最小值的形状因子的值。二次形状的该最小值(极值)表示最小球面色像差值Sphmin。
一旦确定最小球面色像差值，消球差单透镜APS就可以被设计为具有接近对应于最小球面色像差值Sphmin的形状因子的形状因子。然而，由于制造公差及测量误差，并非始终能够产生恰好满足对应于最小球面色像差的形状因子的消球差单透镜。因此，设计要求可以将消球差单透镜的球面色像差设置为落入最小球面色像差值Sphmin的指定范围(例如，上下20％)内。在更严格的设计要求中，球面色像差可能需要落在例如最小球面色像差值的上下6％内。
如上文所提及的，通过使这些特性保持相同并通过改变前表面FS及后表面BS的轴上曲率rf和rb，可以相对于消球差单透镜的具体的一组特性来确定最小球面色像差值Sphmin。
用于构造消球差单透镜的材料可以是低色散材料、特低色散材料、超低色散材料或极低色散材料。低色散材料可以是具有大于63的阿贝数的材料。在一些实施方式中，消球差单透镜的材料可以具有大于70的阿贝数。在一些实施方式中，消球差单透镜的材料可以具有大于90的阿贝数。材料可以是磷酸盐玻璃或氟磷酸盐玻璃。材料可以是例如CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中的一种。
消球差单透镜的数值孔径可以在0.2至0.95的范围内。例如，数值孔径可以具有为0.5的值。在具有较低折射率的材料中，NA将具有较低的可能的最大值。例如，对于CaF2玻璃，消球差单透镜的最大NA可能不超过约0.6。在具有较高折射率的材料中，NA的最大值可能较高。
消球差单透镜的放大率可以具有在-10至-100的范围内的量值。放大率可以例如具有为-15的值。
消球差单透镜的轴上厚度可以具有在1mm与10mm之间(例如，3mm)的值。对于低于1mm的厚度而言，透镜的自由工作距离对于暗场照射而言可能太小。依赖于主焦距，厚透镜(例如，厚度超过10mm的透镜)可能导致较高的球面色像差值。
主焦距可以具有在1mm与20mm之间(例如，5mm)的值。
消球差单透镜可以被配置为形成量测工具MT的一部分。消球差单透镜可以被配置为在波长范围内操作。波长范围可以由量测工具的功能性确定。消球差单透镜被配置为操作的波长范围可以包括从深紫外辐射至红外辐射的波长。波长范围可以被包括于200nm至2000nm的光谱范围内。波长范围可以例如包括350nm至2000nm。
在没有抗反射涂层的情况下，在使用时，消球差单透镜可以被配置为在量测工具MT中操作。消球差单透镜可以是量测工具MT的物镜。也可以提供包括上文所描述和/或由自身使用的特性中的任一者的消球差单透镜，该消球差单透镜可以与量测工具MT或其他装置分离。
量测工具MT可以是晶片检测工具，具体地是多波长晶片检测工具。量测工具MT可以用于使用多个波长来测量套刻精度。量测工具MT可以用于测量与光刻过程相关的任何特性。可以包括量测工具MT以作为光刻设备LA的一部分。
可以使用设计方法来确定如本文中描述的消球差单透镜的特性。设计方法可以通过设置或以其他方式获得多个透镜特性开始。这些多个透镜特性可以是上文所描述的其他透镜特性：材料、主焦距、轴上厚度、放大率及数值孔径等等。然后，该方法可以包括：为消球差单透镜设定消球差波长，其中，消球差波长落入波长范围内。该方法可以包括：基于多个其他透镜特性及消球差波长来选择消球差单透镜的轴上曲率。在此步骤之后，可以基于轴上曲率、消球差波长及多个其他透镜特性来针对消球差单透镜确定球面色像差。可比较球面色像差与具有所选择特性(除了轴上曲率之外)的消球差单透镜的最小球面色像差值。如果球面色像差落在最小球面色像差值周围的上下20％范围之外，则可以选择不同的一组轴上曲率，并且可以针对不同设计重复球面色像差的确定及比较。可重复此迭代方法，直到找到合适的一组轴上曲率，针对该合适的一组轴上曲率，球面色像差接近最小球面色像差值。
确定球面色像差可以包括：确定消球差单透镜的波长范围内的球面色像差。该方法可以包括：确定球面色像差是否在波长范围内平衡。如果球面色像差不平衡，则可以设置不同的消球差波长，并且可以重复方法中的后续步骤。在波长范围内被平衡可以通过如下定义：在波长范围中的消球差波长的任一侧的最大球面色像差值落入彼此的预定范围内。此预定范围可以是例如0.02个波长RMS，如上文更详细地描述的。
图10描绘了设计及确定诸如本文中描述的消球差单透镜APS的透镜的设计参数的步骤的流程图。在步骤502中，可以选择透镜特性。对透镜参数的选择可以部分地或全部地由对使用消球差单透镜APS的要求来确定，例如透镜应起作用的波长范围、所需放大率及NA、空间可用性、材料的兼容性和/或可用性等。待在步骤502中确定的特性可以包括透镜材料、轴上厚度d、焦距f、放大率M及数值孔径。在步骤504中，可以设定消球差波长。选择消球差波长可以包括：考虑球面色像差的平衡，如上文更详细地描述的。该方法也可以包括：确定消球差单透镜的材料在消球差波长处的的折射率n。
在步骤506中，可以选择形状因子B，例如科丁顿形状因子。对形状因子B的选择可以基于形状因子的近似计算，例如基于薄透镜近似，下文对此进行更详细地阐述。在步骤508中，可以确定消球差单透镜的轴上曲率rf和rb。该确定可以基于形状因子B、折射率n、焦距f及轴上厚度d。可以将这些参数的值输入至透镜制造者的等式及将形状因子关联至轴上曲率的等式。可以基于所确定的曲率及消球差单透镜特性来执行其他计算。这些计算可以例如包括确定至消球差单透镜的轴上表面的主平面、物体及图像距离，以及消球差单透镜的前表面FS及后表面BS的非球面形状。消球差单透镜的前表面FS及后表面BS的非球面形状的计算可以基于沃瑟曼-沃尔夫(Wasserman-Wolf)方法，如在G.D.Wasserman、E.Wolf的“关于消球差非球面系统的理论(On the theory of Aplanatic Aspheric Systems)”，Proc.Phys.Soc.B，62，2，pp.2-8(1949)中所描述的。
在步骤510中，可以确定具有所选择及所确定特性的消球差单透镜的球面色像差。可以在波长范围内确定球面色像差。在步骤512中，该方法可以包括：检查球面色像差是否在波长范围内平衡。检查球面色像差是否平衡可以包括：在消球差波长的任一侧的最高球面色像差值是否落入预定的波长范围内。如果波长不平衡514，则方法返回至步骤504，其中，可以选择不同的消球差波长。如果球面色像差被平衡516，则可以使消球差波长保持相同。
在步骤518中，该方法可以检查对于一组所选择及所确定的特性，消球差单透镜的在波长范围内的最大球面色像差值是否落入最小球面色像差值的预定范围内。如果消球差单透镜的在波长范围内的最大球面色像差值未落入最小球面色像差值的预定范围内520，则方法可返回至步骤506，并且选择不同的形状因子。如果最大球面色像差落入预定范围522内，则可能已经找到用于消球差单透镜设计的设计参数值524，并且可以完成设计过程。
对于薄透镜而言，最小球面色像差值的存在可以近似地以分析方式导出。从透镜制造者的等式开始：
Figure BDA0003354349540000301
其中，f为主焦距，n为折射率，d为轴上透镜厚度，并且c1及c2分别为透镜的前表面及透镜的后表面的(轴上)曲率半径的倒数。对于薄透镜而言，透镜制造者的公式可以通过将d近似于＝0而被简化为：
Figure BDA0003354349540000302
科丁顿形状因子B及共轭参数C可以被引入为：
Figure BDA0003354349540000303
及
Figure BDA0003354349540000304
其中，M为放大率。
对于具有较小值的数值孔径NA，赛德尔(seidel)球面像差总和可以被提供为：
Figure BDA0003354349540000311
其中，SI为像差的赛德尔总和。
球面色像差是由于色散导致的由来自消球差波长的折射率的折射率变化所引起的球面像差。因此，赛德尔总和相对于折射率的偏导数可以是对球面色像差的指示：
Figure BDA0003354349540000312
可以看出，此偏导数在科丁顿形状因子B中为二次的。为了确定球面色像差的最小值，可以确定B的导数：
Figure BDA0003354349540000313
此导数可以根据下式求解：
Figure BDA0003354349540000314
上式产生以下解：
Figure BDA0003354349540000315
此解表示薄透镜具有最小球面色像差的形状因子B的值。填入M＝-15及n＝1.44(CaF2)，我们得出B＝-0.282。这描述了一种具有双凸面表面的薄透镜，其中，以绝对项表示的前表面的曲率半径略微大于后表面的曲率半径。此B值可以用作用于确定B值的指导，以使真实的非薄消球差单透镜的球面色像差最小化。然而，由于计算中的近似、消球差单透镜的潜在非球面性质及消球差单透镜的非零厚度，B值仅为使消球差单透镜的球面色像差最小化的形状因子的近似。
在后续被编号的方面中披露了其他实施例：
1.一种用于确定衬底上的结构的特性的量测工具，包括：
光学检测系统，该光学检测系统用于检测波长范围内的辐射，其中，光学检测系统包括用于将辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜，其中，消球差单透镜具有在波长范围内的消球差波长。
2.根据方面1所述的量测工具，其中，消球差单透镜包括：
前表面及后表面，该前表面及后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内；以及
多个其他透镜特性；
其中，最小球面色像差是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
3.根据方面2所述的量测工具，其中，所述多个其他透镜特性包括材料、厚度、数值孔径、焦距及放大率中的至少两项。
4.根据方面2至3中任一项所述的量测工具，其中，轴上曲率被表示为科丁顿形状因子。
5.根据方面2至4中任一项所述的量测工具，其中，球面色像差为波前像差并且包括球面色像差均方根(RMS)值。
6.根据方面2至5中任一项所述的量测工具，其中，消球差单透镜的球面色像差依赖于波长，并且其中，在波长范围内具有最高值的球面色像差用于表示消球差单透镜的球面色像差。
7.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，消球差单透镜被配置为对于与波长范围相关的消球差波长为消球差的；以及
其中，消球差波长被提供于一点处，在该点处，比宽带波长范围中的消球差波长短的波长的最高球面色像差落入比宽带波长范围中的消球差波长长的波长的最高球面色像差的预定范围内。
8.根据在从属于方面5时的方面7所述的量测工具，其中，最高球面色像差具有在0.05个波长和26个波长之间的RMS值。
9.根据方面7或8中任一项所述的量测工具，其中，预定范围为0.02个波长RMS。
10.根据任一前述方面所述的量测工具，其中，辐射包括检测器被配置为检测的宽带波长范围中的多个波长。
11.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，辐射包括具有在1nm与5nm之间的带宽的波长范围。
12.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，消球差单透镜是双非球面的。
13.根据方面3至12中任一项在从属于方面3时所述的量测工具，其中，材料是具有大于63的阿贝数的低色散材料。
14.根据方面13所述的量测工具，其中，低色散材料具有大于90的阿贝数。
15.根据方面13所述的量测工具，其中，材料为CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中的一种。
16.根据方面3至15中任一项在从属于方面3时所述的量测工具，其中，数值孔径小于0.95，大于0.2，并且可选地是0.5。
17.根据方面3至16中任一项在从属于方面3时所述的量测工具，其中，放大率具有从10至100的量值。
18.根据方面3至17中任一项在从属于方面3时所述的量测工具，其中，厚度具有在1mm与10mm之间的值。
19.根据方面3至18中任一项在从属于方面3时所述的量测工具，其中，主焦距具有在1mm和20mm之间的值。
20.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，宽带波长范围包括从深紫外辐射至红外辐射的波长。
21.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，宽带波长范围包括从200nm至2000nm的范围。
22.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜在使用时不包括抗反射涂层。
23.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，消球差单透镜为物镜。
24.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，待确定的特性为套刻精度。
25.根据前述方面中任一项所述的量测工具，其中，量测工具为多波长量测传感器。
26.一种用于接收波长范围内的辐射的消球差单透镜；
其中，消球差单透镜被配置为对于消球差波长为消球差的；
其中，消球差单透镜包括：
前表面及后表面，所述前表面及后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内；以及
多个其他透镜特性；以及
其中，最小球面色像差是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
27.根据方面26的消球差单透镜，其中，消球差波长被提供于一点处，在该点处，比宽带波长范围中的消球差波长短的波长的最高球面色像差落入比宽带波长范围中的消球差波长长的波长的最高球面色像差的预定范围内。
28.根据方面26或27中任一项的消球差单透镜，其中，预定范围为0.02个波长RMS。
29.根据方面26至28中任一项的消球差单透镜，其中，最高球面色像差具有在0.05个波长和26个波长之间的RMS值。
30.一种光刻设备，包括如方面1至25中任一项所述的量测工具。
31.一种设计被配置为在波长范围内使用的消球差单透镜的方法，该方法包括：
a)设定多个透镜特性；
b)设定消球差波长，其中，消球差波长落入所述波长范围内；
c)基于所述多个透镜特性及消球差波长来选择消球差单透镜的轴上曲率；
d)基于轴上曲率、消球差波长及所述多个其他透镜特性来确定消球差单透镜的球面色像差；
e)比较球面色像差与预定的最小球面色像差值；以及
其中，如果球面色像差落在所述预定的最小球面色像差值的上下20％范围之外，则在步骤c中选择不同的轴上曲率并重复步骤d和e。
32.根据方面31所述的方法，其中，确定球面色像差包括确定所述波长范围内的球面色像差；并且其中，该方法还包括：
确定球面色像差是否在所述波长范围内被平衡；以及
如果球面色像差在所述波长范围内未被平衡，则设置不同的消球差波长。
尽管可以在本文中具体地参考在IC制造中对光刻设备的使用，但将理解的是，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用。可能的其他应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导及检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。
尽管可以在本文中具体地参考在光刻设备的内容背景中的本发明的实施例，但本发明的实施例可以用于其他设备中。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(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)的物体的任何设备的一部分。这些设备可以被统称为光刻工具。该光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上文可能已经具体地参考在光学光刻的内容背景中对本发明的实施例的使用，但将了解的是，本发明在内容背景允许的情况下不限于光学光刻并且可以用于其他应用(例如，压印光刻)中。
虽然上文已描述本发明的具体实施例，但将了解的是，可以与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。
虽然具体参考了“量测设备/工具/系统”或“检查设备/工具/系统”，但是这些术语可以指相同或类似类型的工具、设备或系统。例如，包括本发明的实施例的检测或量测设备可以用于确定衬底上或晶片上的结构的特性。例如，包括本发明的实施例的检查设备或量测设备可以用于检测衬底的缺陷或衬底上或晶片上的结构的缺陷。在此实施例中，衬底上的结构的所关注特性可以涉及结构中的缺陷、结构的特殊部分的缺乏、或衬底上或晶片上的不需要的结构的存在。

Claims (15)

1.一种用于确定衬底上的结构的特性的量测工具，包括：
光学检测系统，所述光学检测系统用于检测在波长范围内的辐射，其中，所述光学检测系统包括用于将所述辐射聚焦至检测器上的消球差单透镜，其中，所述消球差单透镜具有在所述波长范围内的消球差波长。
2.根据权利要求1所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜包括：
前表面和后表面，所述前表面和后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，所述消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内；以及
多个其他透镜特性；
其中，所述最小球面色像差是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
3.根据权利要求2所述的量测工具，其中，所述多个其他透镜特性包括材料、厚度、数值孔径、焦距、和放大率中的至少两项。
4.根据权利要求2至3中任一项所述的量测工具，其中，所述轴上曲率被表示为科丁顿形状因子。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的量测工具，其中，所述球面色像差是波前像差并且包括球面色像差的均方根(RMS)值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜的球面色像差依赖于波长，并且其中，在所述波长范围内具有最高值的球面色像差用于表示所述消球差单透镜的球面色像差。
7.根据前述权利要求中任一项所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜被配置为对于与所述波长范围相关的消球差波长是消球差的；以及
其中，所述消球差波长被提供于一点处，在该点处，与比宽带波长范围中的所述消球差波长短的波长相关的最高球面色像差落入与比所述宽带波长范围中的所述消球差波长长的波长相关的最高球面色像差的预定范围内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜是双非球面的。
9.根据权利要求3至8中任一项在从属于权利要求3时所述的量测工具，其中，所述材料是具有大于63的阿贝数的低色散材料，以及其中，可选地满足以下各项中的至少一项：
-所述低色散材料具有大于90的阿贝数，以及
-所述材料是CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中的一种。
10.根据权利要求3至9中任一项在从属于权利要求3时所述的量测工具，其中，满足以下各项中的至少一项：
-所述数值孔径小于0.95，大于0.2，并且可选地是0.5，
-所述放大率具有从10至100的量值，
-所述厚度具有在1mm和10mm之间的值，
-主焦距具有在1mm和20mm之间的值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的量测工具，其中，所述宽带波长范围包括从深紫外辐射至红外辐射的波长，并且可选地，所述宽带波长范围包括从200nm至2000nm的范围。
12.根据前述权利要求中任一项所述的量测工具，其中，所述消球差单透镜在使用时不包括抗反射涂层。
13.一种用于接收在波长范围内的辐射的消球差单透镜；
其中，所述消球差单透镜被配置为对于消球差波长是消球差的；
其中，所述消球差单透镜包括：
前表面和后表面，所述前表面和后表面具有轴上曲率，在所述轴上曲率处，所述消球差单透镜的球面色像差在最小球面色像差的上下20％内；以及
多个其他透镜特性；以及
其中，所述最小球面色像差是具有相同的其他透镜特性的所有消球差单透镜的最小球面色像差。
14.根据权利要求13所述的消球差单透镜，其中，满足以下各项中的至少一项：
-所述消球差波长被提供于一点处，在该点处，与比宽带波长范围中的所述消球差波长短的波长相关的最高球面色像差落入与比所述宽带波长范围中的所述消球差波长长的波长相关的最高球面色像差的预定范围内，
-所述预定范围为0.02个波长RMS，以及
-所述最高球面色像差具有在0.05个波长和26个波长之间的RMS值。
15.一种设计被配置为在波长范围内使用的消球差单透镜的方法，该方法包括：
a)设定多个透镜特性；
b)设定消球差波长，其中，所述消球差波长落入所述波长范围内；
c)基于所述多个透镜特性和所述消球差波长，以选择所述消球差单透镜的轴上曲率；
d)基于所述轴上曲率、所述消球差波长、和所述多个其他透镜特性，以确定所述消球差单透镜在所述波长范围内的球面色像差；
e)将所述球面色像差与预定的最小球面色像差值进行比较；以及
其中，如果所述球面色像差落在所述预定的最小球面色像差值的上下20％范围之外，则在步骤c中选择不同的轴上曲率并重复步骤d和e。
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