TW201643416A - 用於檢測及度量衡的方法與裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法及裝置。該方法可包括：計算作用在該組件與該表面之間的卡西米爾力之一經估計之效應或自該卡西米爾力導出之一經估計之效應；及使用該經估計之效應補償該組件相對於該表面之定位。

Description

用於檢測及度量衡的方法與裝置
本發明係關於一種用以控制兩個物件之間的距離之方法及裝置。
微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單個基板將含有經順次地圖案化之相鄰目標部分之網路。已知微影裝置包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
為了監測微影程序，檢測經圖案化基板且量測經圖案化基板之一或多個參數。舉例而言，一或多個參數可包括形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及/或經顯影感光性抗蝕劑之臨界線寬。可對產品基板自身之目標及/或對提供於基板上之專用度量衡/檢 測目標執行此量測。存在用於對在微影程序中形成之微觀結構進行量測之各種技術，包括使用掃描電子顯微鏡及各種其他特殊化工具。
特殊化檢測工具之快速且非侵入性形式為散射計，其中輻射光束經導向至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之屬性。藉由比較光束在其已由基板反射或散射之前與之後的一或多個屬性，可判定基板之一或多個屬性。兩種主要類型之散射計為已知的。光譜散射計將寬頻帶輻射光束導向至基板上且量測散射至特定窄角程中之輻射之光譜(依據波長而變的強度)。角度解析散射計使用相對窄頻帶輻射光束且量測依據角度而變的散射輻射之強度。
散射量測之特定應用係在一週期目標內之特徵不對稱性之量測中。此散射量測可用作(例如)疊對誤差之度量，但其他應用亦為已知的。在角度解析散射計中，可藉由比較繞射光譜之相對部分(例如，比較週期性光柵之繞射光譜中之-1階與+1階)來量測不對稱性。此情形可簡單地在角度解析散射量測中完成，如針對美國專利申請公開案US2006-066855中之實例所描述。
隨著微影處理中之實體尺寸之縮減，需要(例如)增加量測準確度及/或縮減由專用於度量衡/檢測之目標佔據之空間。基於影像之散射量測已經設計以允許藉由依次使用-1階輻射與+1階輻射獲得目標之各別影像而使用較小目標。此基於影像之技術之實例於經公開之美國專利申請公開案第US2011-0027704、US2011-0043791及US2012-0044470號中加以描述，上述專利申請公開案之全文以引用之方式併入本文中。
繼續需要目標大小之進一步縮減及改良之準確度，然而，現有技術遭受各種約束條件使得難以維持準確度及/或縮減目標之大小。改良檢測及量測技術之另一方式為使用固態浸潤透鏡(SIL)作為最接近 基板表面之光學元件。SIL與基板表面(例如，目標表面)之極度近接產生具有大於1之極高有效數值孔徑(NA)之近場輻射。使用具有此SIL之相干輻射源允許檢測極小目標。
為利用逐漸增加之數值孔徑，需要將SIL與基板之間的間隙設定為所要值。舉例而言，間隙可在範圍λ/40至λ/8內(其中λ為量測輻射之波長)以使SIL與基板進行有效光學接觸。實例光學間隙量測方法及裝置可涉及偵測高數值孔徑元件中之交叉偏振組件。接著藉由偵測器記錄交叉偏振信號，且可將該交叉偏振信號用作至間隙控制程序中之輸入參數。此交叉偏振信號亦可由在若干波長之大間隙處偵測到之交叉偏振信號正規化。在另一實例中，可參考經反射之雷射輻射強度控制間隙。藉由任何偵測方法，需要將SIL(或其他組件)與基板(或其他表面)之間的間隙建立且維持在所要間隙距離或距離範圍。
由於此等小間隙距離及各種表面構形為可能的(不論歸因於程序變化為預期的抑或出人意料的)，需要提供一或多個方法及裝置以將組件相對於表面之位置控制在固態浸潤間隙距離。因此，作為特定應用，實施例可應用於控制光學元件與反射或繞射表面之間的間隙以(例如)檢測藉由微影技術製造以量測疊對誤差或其他一或多個其他參數之層。
在一態樣中，提供一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：計算作用在該組件與該表面之間的卡西米爾(Casimir)力之一經估計之效應或自該卡西米爾力導出之一經估計之效應；及使用該經估計之效應補償該組件相對於該表面之定位。
在一態樣中，提供一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：根據該組件之一控制迴路中之一經量測之信號或根據自該控制迴路中之該經量測之信號導出的一信號產生一觸發信號；及評估該觸發信號是否超過一臨限值以判定該組件相對於該表面之近 接。在一實施例中，產生該觸發信號包含根據一控制誤差信號產生該觸發信號，該控制誤差信號為下列兩者的差之一度量：該組件與該表面之間的一經量測之間隙；及該組件與該表面之間的一所要間隙。
在一態樣中，提供一種方法，其包含：針對使用於相對於一表面定位一組件之一控制信號不穩定之一卡西米爾及/或靜電力或硬度之一值，基於該組件與該表面之間的卡西米爾及/或靜電力或硬度計算該組件與該表面之間的一經估計之間隙距離；評估關於該組件與該表面之間的一間隙距離之一間隙信號以識別該間隙信號中之一不穩定性，該不穩定性下之該間隙距離為一參考間隙距離；及相對於該經估計之間隙距離評估該參考間隙距離以得到用於該組件相對於該表面之定位之一修正係數。
在一態樣中，提供一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：基於該組件與該表面之間的一經量測之間隙距離計算作用在該組件與該表面之間的卡西米爾硬度之一經估計之效應；及使用卡西米爾硬度之該經估計之效應以補償該組件相對於該表面之該定位之實際卡西米爾硬度。
2‧‧‧輻射投影儀/輻射源/照明配置
4‧‧‧光譜儀偵測器
10‧‧‧鏡面反射輻射之光譜
11‧‧‧背向投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統/照明配置/照明光學件
13‧‧‧干涉濾光器/照明配置
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧接物鏡/物鏡/透鏡系統
16‧‧‧部分反射表面
17‧‧‧偏振器/照明配置
18‧‧‧偵測器
30‧‧‧基板目標/目標
30'‧‧‧目標
60‧‧‧透鏡元件/固態浸潤透鏡(SIL)
62‧‧‧框架/組件
64‧‧‧臂/組件
66‧‧‧致動器/組件
70‧‧‧雷射輻射源/雷射源
72‧‧‧光纖
800‧‧‧框架
810‧‧‧固態浸潤透鏡(SIL)
820‧‧‧目標表面
1000‧‧‧程序
1010‧‧‧程序
1200‧‧‧設定點值
1210‧‧‧控制系統
1220‧‧‧特定間隙Z
1230‧‧‧實際/真實卡西米爾效應
1240‧‧‧支柱
1250‧‧‧經估計之卡西米爾效應
1400‧‧‧區塊
1410‧‧‧區塊
1600‧‧‧區塊
1610‧‧‧區塊
1620‧‧‧區塊
a‧‧‧目標寬度
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
L‧‧‧週期性結構之間距
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
LS‧‧‧位階感測器
M1‧‧‧圖案化器件對準標記
M2‧‧‧圖案化器件對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MET‧‧‧度量衡/檢測系統
MT‧‧‧支撐結構
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理器/單元
PW‧‧‧第二定位器
RF‧‧‧參考框架
RO‧‧‧基板處置器或機器人
S‧‧‧照明光點/光點
S'‧‧‧照明光點/光點
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源/源
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
現在將參考隨附圖式而僅作為實例來描述實施例，其中：圖1示意性地描繪微影裝置之一實施例；圖2示意性地描繪微影製造單元或叢集之一實施例；圖3示意性地描繪實例檢測裝置及度量衡技術；圖4示意性地描繪實例檢測裝置；圖5說明檢測裝置之照明光點與度量衡/檢測目標之間的關係；圖6描繪包含固態浸潤透鏡(SIL)之實例檢測裝置；圖7(A)描繪檢測裝置之特定組件相對於目標表面之示意性彈簧圖； 圖7(B)描繪經修改以併有經估計之卡西米爾硬度之圖7(A)之示意性彈簧圖；圖7(C)描繪在圖7(B)中應用經估計之卡西米爾硬度之後圖7(A)及圖7(B)之元件之理想的示意性彈簧圖；圖8(A)基於極佳導電平行板之假設描繪隨SIL與基板之間的距離而變之經估計之支柱力與卡西米爾力之實例；圖8(B)基於極佳導電平行板之假設描繪隨SIL與基板之間的距離而變之經估計之支柱硬度及卡西米爾硬度之實例；圖9描繪相對於目標表面定位SIL之程序之流程圖；圖10描繪用以相對於目標表面定位SIL之示意性控制迴路及用以補償卡西米爾力對SIL之效應之控制機構；圖11描繪用以判定SIL與目標表面之間的臨限值近接之程序的流程圖；圖12(A)、圖12(B)及圖12(C)描繪展示可用於偵測控制不穩定性的間隙距離、控制誤差及各種正規化觸發信號之模擬結果；且圖13描繪用以校準間隙誤差信號、經量測之間隙距離及/或設定點值之程序之流程圖。
在詳細地描述實施例之前，有指導性的是呈現可供實施實施例之實例環境。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包含：- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)；- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位圖案化器件之第一定位器PM； - 基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如包含一或多個晶粒)上，該投影系統被支撐於參考框架(RF)上。
照明系統可包括用於導向、塑形或控制輻射之各種類型之光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可視需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「圖案化器件」同義。
本文中所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。一般而言，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所產生之器件(諸如積體電路)中之特定功能層。
圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，可變形鏡面及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交替相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合式光罩類型。可程式化鏡面陣列之實例使用小鏡面之矩 陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜之鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋如適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，使用上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上台(例如，兩個或兩個以上基板台WTa、WTb、兩個或兩個以上圖案化器件台、在無專用於(例如)促進量測及/或清潔等等之基板的投影系統下方之基板台WTa及基板台WTb)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可對一或多個台進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。舉例而言，可進行使用對準感測器AS之對準量測及/或使用位階感測器LS之位階(高度、傾角等等)量測。
微影裝置亦可屬於如下類型：基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，圖案化器件與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被已知用於增加投影系統之數值孔徑。如本文中所使用之術語「液體浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸潤於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
此外，微影裝置亦可屬於如下類型：至少一個光學元件緊密接近 基板之一部分定位，從而產生橫跨光學元件與基板之間的間隙之近場輻射。此可被稱為使用固態浸潤透鏡/光學元件之固態浸潤。
參考圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當源為準分子雷射時，源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，源不被認為形成微影裝置之部分，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適導向鏡面及/或擴束器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部分。源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含經組態以調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。一般而言，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈之至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用於調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台)MT上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且係由該圖案化器件而圖案化。在已橫穿圖案化器件MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉式器件、線性編碼器、2-D編碼器或電容式感測器)，可準確地移動基板台WT(例如)以便將不同目標部分C定位在輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑準確地定位圖案化器件MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部分之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現支撐結構MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部分之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台 WT之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，支撐結構MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用圖案化器件對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於圖案化器件MA上之情形中，圖案化器件對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使支撐結構MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位以使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像的目標部分C之大小。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描支撐結構MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。
3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使支撐結構MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在掃描期間的順次輻射脈衝之間視需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
如圖2中所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或叢集)之部分，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。習知地，此等裝置包括用以沈積一或多個抗蝕劑層之一或多個旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之一或多個顯影器DE、一或多個冷卻板CH及/或一或多個烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取一或多個基板，將其在不同程序裝置之間移動以及將其遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱為塗佈顯影系統(track)之此等裝置受塗佈顯影系統控制單元TCU控制，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。
為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光之基板以量測一或多個屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦通常包括度量衡/檢測系統MET，該度量衡/檢測系統MET接收已在微影製造單元中經處理之基板W中之一些或所有。度量衡/檢測系統MET可為微影製造單元LC之部分，例如，其可為微影裝置LA之部分。
可將度量衡/檢測結果直接或間接提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光(尤其在可足夠迅速且快速完成檢測使得該批次之一或多個其他基板仍待曝光之情況下)及/或經曝光之基板之後續曝光進行調整。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。 在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行另外曝光。
在度量衡/檢測系統MET內，檢測裝置係用於判定基板之一或多個屬性，且尤其判定不同基板之一或多個屬性如何變化或同一基板之不同層在不同層間如何變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機器件。為了實現快速量測，需要使檢測裝置緊接在曝光之後量測經曝光之抗蝕劑層中之一或多個屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度-在已曝光至輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差-且並非所有檢測裝置皆具有足夠敏感性來進行潛影之有用量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後進行量測，曝光後烘烤步驟通常為對經曝光之基板進行之第一步驟且增加抗蝕劑之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能進行經顯影抗蝕劑影像之量測-此時，抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分已被移除-或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後者可能性限制重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
圖3描繪實例檢測裝置(例如，散射計)。其包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。經反射之輻射被傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜10(依據波長而變的強度)，如在(例如)左下方之圖中所展示。根據此資料，可藉由(例如)嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與如圖3之右下方所展示之經模擬光譜之庫的比較由處理器PU重新建構導致偵測到之光譜的結構或剖面。一般而言，對於重新建構，結構之一般形式為吾人所知，且根據藉以製造結構之程序之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之幾個參數以根據量測資料予以判定。此檢測裝置可經組態作為正入射 檢測裝置或斜入射檢測裝置。
圖4中展示可供使用之另一檢測裝置。在此器件中，由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12而準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、由部分反射表面16反射且經由接物鏡15而聚焦至基板W上之光點S中，接物鏡15具有高數值孔徑(NA)，合乎需要地為至少0.9或至少0.95。固態浸潤檢測裝置(在裝置之物鏡與目標之間使用近場輻射)及/或液體浸潤檢測裝置(使用相對高折射率流體，諸如水)可甚至具有大於1之數值孔徑。
如在微影裝置LA中，可在量測操作期間提供一或多個基板台以固持基板W。該等基板台可在形式上相似於或相同於圖1之基板台WTa、WTb。在檢測裝置與微影裝置整合之實例中，該等基板台可甚至為同一基板台。可將粗略定位器及精細定位器提供至第二定位器PW，該第二定位器PW經組態以相對於量測光學系統準確地定位基板。提供各種感測器及致動器(例如)以獲取所關注目標之位置，且將所關注目標帶入至接物鏡15下方之位置。通常將對跨越基板W之不同部位處之目標進行許多量測。可在X及Y方向上移動基板支撐件以獲取不同目標，且可在Z方向上移動該基板支撐件以獲得目標相對於光學系統之焦點之所要地點。舉例而言，當實務上光學系統可保持實質上靜止(通常在X及Y方向上但可能亦在Z方向上)且僅基板移動時，考慮且描述操作如同接物鏡被帶至相對於基板之不同部位為方便的。倘若基板與光學系統之相對位置為正確的，則原則上彼等者中之哪一者在真實世界中移動無關緊要，或在兩者皆移動或光學系統之一部分的組合移動(例如，在Z及/或傾斜方向上)而光學系統之其餘部分靜止且基板移動(例如，在X及Y方向上，且亦視情況在Z及/或傾斜方向上)之情況下亦如此。
由基板W重新導向之輻射接著傳遞通過部分反射表面16至偵測器 18中以便偵測光譜。偵測器可位於背向投影式光瞳平面11中，背向投影式光瞳平面11處於透鏡系統15之焦距，然而，該光瞳平面可代替地使用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至偵測器上。光瞳平面為輻射之徑向位置界定入射角且角度位置界定輻射之方位角之平面。偵測器可為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜。偵測器18可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可使用(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
參考光束可用以(例如)量測入射輻射之強度。為了進行此量測，當輻射光束入射於部分反射表面16上時，使輻射光束之部分通過部分反射表面16作為參考光束而透射朝向參考鏡面14。參考光束接著投影至同一偵測器18之不同部分上或替代地投影至不同偵測器(圖中未繪示)上。
一或多個干涉濾光器13可用以選擇在為(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如200奈米至300奈米)之範圍內之所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可使用光柵代替干涉濾光器。孔徑光闌或空間光調變器(圖中未繪示)可提供於照明路徑中以控制目標上之輻射之入射角之範圍。
偵測器18可量測在單一波長(或窄波長範圍)下之經重新導向之輻射之強度、分離地在多個波長下之經重新導向之輻射之強度，或遍及一波長範圍而整合之經重新導向之輻射之強度。此外，偵測器可分離地量測橫向磁偏振輻射及橫向電偏振輻射之強度，及/或橫向磁偏振輻射與橫向電偏振輻射之間的相位差。
基板W上之目標30可為1-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，長條(bar)係由固態抗蝕劑線形成。目標30可為2-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固態抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可蝕刻至基板中。圖案(例如，長條、導柱或通孔 之圖案)對微影投影裝置，尤其投影系統PS中之色像差敏感，且照明對稱性及此像差之存在將在印刷光柵中之變化中顯示。因此，印刷光柵之量測資料係用於重新建構光柵。可根據印刷步驟及/或其他檢測程序之知識，將1-D光柵之一或多個參數(諸如線寬及/或形狀)，或2-D光柵之一或多個參數(諸如支柱或通孔寬度或長度或形狀)輸入至由處理器PU執行之重新建構程序。
除了藉由重新建構進行參數之量測以外，角度解析散射量測亦適用於產品及/或抗蝕劑圖案中之特徵之不對稱性之量測。不對稱性量測之一特定應用係針對疊對之量測，其中目標30包含疊置於另一組週期性特徵上的一組週期性特徵。使用圖3或圖4之器具的不對稱性量測之概念係(例如)在美國專利申請公開案US2006-066855中描述，該公開案之全文併入本文中。簡單地陳述，雖然目標之繞射光譜中之繞射階之位置係僅藉由目標之週期性予以判定，但繞射光譜中之不對稱性指示構成該目標之個別特徵中之不對稱性。在圖4之器具中(其中偵測器18可為影像感測器)，繞射階中之此不對稱性直接呈現為由偵測器18記錄之光瞳影像中之不對稱性。可藉由單元PU中之數位影像處理來量測此不對稱性，且相對於已知疊對值來校準此不對稱性。
圖5說明典型目標30之平面圖，及圖4之裝置中之照明光點S之範圍。為獲得免於來自環繞結構之干涉的繞射光譜，在一實施例中，目標30為大於照明光點S之寬度(例如，直徑)之週期性結構(例如，光柵)。光點S之寬度可超過10微米或20微米，且目標寬度a及長度可為30或40平方微米。換言之，目標係由照明「填充不足」，且繞射信號免於目標自身外部之產品特徵及其類似者干涉。照明配置2、12、13、17可經組態以提供跨越物鏡15之光瞳平面之均一強度的照明。替代地，藉由(例如)在照明路徑中包括孔徑，照明可限於同軸方向或離軸方向。
近期，使用者要求縮減由度量衡/檢測目標佔據之空間及/或改良量測之準確度。詳言之，需要縮減習知地已定位有目標之基板上之目標部分C之間的「切割道」之寬度。此外，需要在器件圖案自身內包括目標，以允許更準確地監測及校正諸如CD及/或疊對之參數之變化。為此目的，最近已設計基於繞射之度量衡/檢測之替代方法。舉例而言，在基於影像之度量衡/檢測中，製得目標之兩個影像，每一影像使用繞射光譜之不同的經選擇階。比較兩個影像，吾人可獲得不對稱性資訊。藉由選擇影像之部分，吾人可將目標信號與其環境分離。可使目標較小且目標無需為方形，使得可在同一照明光點內包括若干目標。此技術之實例在美國專利申請公開案US2011-0027704、US2011-0043791及US2012-0044470中描述。
由於對於大小縮減及/或準確度之要求持續，現有技術可能遇到一些技術限制。舉例而言，一些方法(例如，疊對量測方法)可需要捕捉至少±1繞射階。考慮到物鏡15之數值孔徑，此情形約束目標之週期性結構之間距(L)。為改良敏感性及/或為縮減目標大小，吾人可考慮使用較短波長。然而，實務上，照明波長必須在可見範圍中，此係因為在疊對目標中，較低週期性結構可被深入地埋藏且一或多個介入層可吸收UV輻射(200奈米至400奈米)。此外，目標不能太小，否則其將不具有被視為週期性結構之足夠特徵(例如，可要求至少15條線，考慮到前述約束條件，該等至少15條線可將最小週期性結構大小固定為約5微米x5微米)。因此，作為一實例，使用尺寸遠大於產品(例如，器件)佈局之尺寸的週期性結構特徵(例如，線)來量測疊對，這使得疊對量測較不可靠。理想地，特徵線及間距應與產品特徵具有相似尺寸。
圖6展示較小照明光點S'可應用於具有較小間距之特徵的較小目標30'之檢測裝置。類似參考數字貫穿諸圖係指類似組件。
將圖6之裝置與圖4之裝置比較，第一差異為將額外透鏡元件60提供為接近於目標30'。此額外透鏡為小型固態浸潤透鏡(SIL)，其具有僅約一毫米(例如在1毫米至5毫米之範圍內，例如，約2毫米)之寬度(例如，直徑)。在一實例中，SIL包含半球或超半球材料，該材料接收與其表面成實質上正入射角之輻射光線。在一實施例中，SIL由折射率為n之材料製成，諸如玻璃、熔凝石英、材料之組合等等。所接收之光線開始在半球或超半球之大約中心處聚焦且形成繞射受限光點，該繞射受限光點相較於在不存在SIL之情況下的光點小n倍。舉例而言，具有n=2之典型玻璃半球將把經聚焦光點之寬度縮減2倍。
光學元件在液體中之浸潤已用以增加顯微法及光微影中之解析度。固態浸潤透鏡可達成相似增益且無液體浸潤之不便/問題。然而，為確保較小光點大小實際上確實增加系統之解析度，SIL之底部必須與目標30接觸抑或極接近其定位。此情形限定固態浸潤透鏡之實務應用。
亦可使用所謂的微SIL。此SIL之寬度(例如，直徑)係小許多倍，例如，寬度約2微米而非約2毫米。在圖6裝置中之SIL 60為微SIL之實例中，該微SIL可具有小於或等於10微米，潛在地小於或等於5微米之寬度(例如，直徑)。
無論使用小型SIL 60抑或使用微SIL透鏡，其皆可附接至可移動支撐件使得控制與基板之對準及近接比在具有較大寬度之透鏡之狀況下簡單得多。舉例而言，圖6中之SIL 60安裝至框架62。在一實施例中，框架62係可移動。可提供致動器以移動框架62。在一實施例中，框架62支撐物鏡15。因此，在一實施例中，框架62可一起移動物鏡15及SIL 60兩者。在一實施例中，用於框架62之致動器可經組態以在實質上Z方向上移動框架62(及SIL 60)。在一實施例中，用於框架62之致動器可經組態以圍繞X軸及/或Y軸移動框架62(及SIL 60)。在一實 施例中，SIL 60係在相對於框架62之相對固定位置中。此可被稱為單個載物台配置，其中物鏡15及SIL 60相對於彼此固定且由框架62之致動器移動。在此狀況下，益處可為SIL可機械地定位於物鏡之焦點中。
如上文所指出，圖6中之SIL 60安裝至框架62，在一實施例中，框架62支撐物鏡15。當然，SIL 60可安裝於與彼支撐物鏡15分離之框架上。在一實施例中，SIL 60經由臂64及致動器66連接至框架(例如，框架62)。致動器66在操作中可為(例如)壓電的或音圈致動的。SIL 60具有致動器以造成可移動物鏡15與SIL 60之間的相對移動之配置可被稱為雙載物台配置。在雙載物台中，某些功能可為分離的，例如運動範圍、振動抑制能力、相對於表面之SIL定位及聚焦之分離。在一實施例中，物鏡載物台可實質上僅在Z方向(實質上垂直於表面)上移動。在一實施例中，SIL載物台可以大於1個自由度(例如至少3個自由度)(例如)在Z方向上且圍繞X軸及/或Y軸移動以將SIL定位成實質上平行於表面。SIL載物台可能不具有足以涵蓋所要全部行進範圍之機械範圍。因此，SIL載物台可用於將SIL以某一小距離定位在表面上方，而物鏡載物台可相對於表面將物鏡定位在焦點處。
致動器66可與一或多個其他致動器組合來操作，該一或多個其他致動器相對於目標定位整個物鏡。關於(例如)上文所提及之粗略定位器及精細定位器，致動器66可被視為超精細定位器。此等不同定位器之伺服控制迴路可彼此整合。組件62、64及66連同基板台及定位器(上文所提及，但圖6中未展示)形成用於將SIL及目標T定位成彼此緊接接近之支撐裝置。如上文所指出，原則上，SIL 60可穩固地安裝至框架62及/或可具有較大寬度。分離臂及致動器允許較容易地控制極小間隙，如下文較詳細論述。
使包括SIL 60會開啟聚焦至小得多的光點S'之可能性。SIL藉由捕 捉來自目標之近場輻射而工作，且為此目的，其經定位成比來自目標結構之輻射之一個波長(λ)實質上更接近，通常比一半波長(例如，大約λ/20)實質上更接近。距離愈接近，近場信號至器具中之耦合愈強。SIL 60與目標30'之間的間隙可因此小於λ/4，例如在λ/40與λ/8之間。因為有效地增加了檢測裝置之NA，因此，可將目標週期性結構之間距縮減為更接近於產品尺寸。
在將使用微SIL之實例中，習知地用於(例如)散射計中之類型之非相干輻射不能聚焦至小達微SIL的成微米大小之光點。因此，在此實施例中，輻射源2可改變為相干源。因此，雷射源70經由光纖72而耦接至照明光學件12等等。對基板上之光點大小之限制係藉由聚焦透鏡系統之數值孔徑及雷射波長設定。作為使用在空間上相干輻射之額外益處，具有雷射輻射源70之器具可用於執行不同類型之散射量測或量測。舉例而言，相干傅立葉(Fourier)散射量測(CFS)可用於量測目標。
如上文所強調，應在SIL與目標之間維持小間隙。亦如上文所強調，用於控制間隙之已知技術具有限制，尤其在待檢測多種不同目標結構及材料時。
因此，在一實施例中，提議藉由基於補償SIL與目標之間的吸引力之技術控制間隙。該技術在光學度量衡/檢測裝置(諸如散射計)中具有特定應用性，但可應用於SIL之其他應用中或應用於物件經定位及/或維持成與另一物件非常接近(例如，在低於400奈米範圍內)之其他應用中。該技術無需以獨佔方式應用，且可與一或多個其他技術(包括所引用之文檔中所論述之一或多個技術)組合來應用。
由於兩個固態表面之間的間隙減小，凡得瓦爾力(van der Waals force)之廣義版本歸因於電磁場之量子波動而在兩個表面之間產生。凡得瓦爾力之此廣義版本已知為卡西米爾力且為兩個表面之間的吸引 力。凡得瓦爾力在兩個中性粒子具有產生於量子或熱效應之波動偶極矩時產生，且基於粒子之間的分離距離變化。
因此，對於極佳導電平行板，此凡得瓦爾力相互作用產生藉由以下方程式給定之近似吸引卡西米爾力：
其中ħ為經縮減之普朗克常數，且等於，h為普朗克常數=6.624e -34Js，c為光速(3e 8m/s)，A為接近目標表面之SIL尖端表面之面積，且z為將SIL尖端表面與目標表面分離之間隙。注意，如下文所論述，可能需要改變來自方程式(1)之結果以考慮不同材料、不同表面構形等等。此外，在兩個板之極小分離(例如，高達約若干100奈米)處，力可以1/z3而非1/z4按比例調整。參見，例如，A.Rodriguez等人「The Casimir effect in microstructured geometries」，Nature Photonics，第5卷，第211-221頁(2011年)，其全文以引用方式併入本文中。此外，吾人預期，歸因於近接相互作用之複雜性，該力藉由非整數冪次定律按比例調整，以使得該力將在大多數一般表示式中與1/z^n成比例，其中2.5n5.5。
此近似吸引卡西米爾力可進一步表示為具有由以下方程式給定之硬度k cas 之彈簧之結果：
除藉由以上方程式(1)及(2)給定之卡西米爾力及硬度之外，歸因於靜電相互作用之力及硬度亦在此小間隙處變得顯著。對於極佳導電平行板之間的靜電力，SIL尖端表面與目標表面之間的靜電力大致藉由以下方程式給定：
其中V為SIL尖端表面與目標表面之間的電壓差，z為將SIL尖端 表面與目標表面分離之間隙，A為接近目標表面之SIL尖端表面之面積，且==8.85e-12Farad/m。靜電硬度因此為：
由於冪次定律，當z減小時，卡西米爾硬度超出靜電硬度。對於z為約λ/40至λ/20(其可為約10奈米至30奈米)，且V小的諸如近場度量衡/檢測之應用，相較於卡西米爾硬度，靜電硬度可變得可忽略。
此外，應認識到，控管SIL尖端表面與目標表面之間的環境之物理學極複雜。舉例而言，情形可能為，在特定情況下，歸因於SIL尖端表面與目標表面之間的過多電磁相關力，電磁硬度超出卡西米爾硬度。在較高電壓下，該電磁力之實例為SIL尖端與目標表面之間的電容式力。該電磁力之另一實例係歸因於隨機修補電荷之存在。該電磁力之另一實例係歸因於存在於非金屬表面上之靜態電荷(例如，電荷-電荷、電荷-偶極、偶極-偶極)。歸因於靜態電荷，此靜電力被視為難以預測且其可能強烈地取決於目標表面之製造程序。電磁相互作用之另一實例係歸因於極性液體(例如水)於SIL尖端表面及/或目標表面上之存在。極性液體之此存在係進一步受與液體相關之表面類型(諸如親水性或疏水性表面)影響。因此，最一般而言，其具有作用在SIL尖端表面與目標表面之間的近接力，近接力包含(例如)卡西米爾力或電磁力。
此外，對於實際SIL尺寸，SIL與目標表面之間的微觀力(諸如靜電力及卡西米爾力)在約10奈米至30奈米(例如，λ/40至λ/20)之間隙處變得明顯。相較於控制力，此等力通常可忽略。然而，如下文進一步描述，歸因於此等微觀力之高度非線性特性，硬度(力距離梯度)可超過控制硬度，且因此使控制迴路不穩定。
圖7(A)描繪檢測裝置之特定組件與目標表面(例如，基板)之間的關係之示意性表示。如圖7(A)中所見，物鏡(例如，物鏡15)或檢測裝 置之其他框架800具有連接至其之可移動SIL 810，其中物鏡與SIL之間的硬度表示為Kstrut。SIL 810至少在垂直方向上相對於目標表面(例如，基板)820可移動以建立間隙Z。SIL與目標表面之間的卡西米爾硬度(其隨間隙距離Z之變化而變化)表示為Kcas(z)。此處，靜電力及硬度被忽略但可經包括作為圖7(A)中之額外力及硬度元素。
提供控制系統以控制SIL接近於目標表面之定位且將SIL維持在彼位置處或周圍。控制系統可接收設定點間隙值且控制一或多個致動器(例如，致動器66)以將SIL定位在設定點間隙值處或附近且將SIL維持在彼位置處或周圍。在此系統中，可將SIL與目標表面之間的間隙維持在大約λ/20。目標表面與SIL固持器(例如，物鏡)之間的相對振動可為約λ/4，該相對振動可(例如)藉助於相對高頻寬回饋控制(例如，藉由在1kHz與20kHz之間(例如10kHz)的頻寬)抑制。為實現控制系統之控制，SIL與目標表面之間的間隙可由被稱作間隙誤差信號(GES)之光學信號表示。此項技術中已知用於量測GES之各種技術。
現在參考圖8中之圖，圖8(A)展示隨間隙距離而變化之朝向目標表面之支柱及卡西米爾力的實例正規化值，且圖8(B)展示隨間隙距離而變化之支柱及卡西米爾硬度之實例正規化值，圖8(A)及圖8(B)基於如上文所描述之用於極佳導電平行板之式子建模。如圖8(A)中可看出，相較於控制及支柱力，實際卡西米爾力可相對小。但，圖8(B)展示隨著SIL與目標表面之間的間隙減少，卡西米爾硬度快速上升(亦即，朝向負值及/或具有負值)。由卡西米爾效應造成之取決於間隙之硬度k cas (z)可在SIL與目標表面之間的間隙減小(例如，在圖8(B)實例中小於80奈米)時(如圖8中之圖所描繪)藉由抵消支柱硬度k strut 而不利地改變控制系統之封閉迴路狀態。因此，由卡西米爾硬度造成之控制迴路中之干擾藉由減少低頻干擾(諸如裝置內之目標表面(例如基板)振動)之抑制而不利地影響控制系統之效能。
如圖8(B)中之硬度標繪圖中所描繪，當SIL與目標表面之間的間隙進一步減少(例如在圖8(B)實例中小於50奈米)時，卡西米爾硬度變得足夠大使得支柱可不有效地抵消卡西米爾吸引力。因此，應藉由具有充分高頻寬(例如，具有在1kHz與20kHz之間(例如10kHz)之頻寬)之控制系統來加強封閉迴路之穩定性。在一些實施例中，對於充分高頻寬，例如大於約4kHz之高頻寬，可維持約10奈米至30奈米之間隙且無穩定性問題。然而，對於小於約10奈米至30奈米之間隙，卡西米爾硬度可變得足夠大而使控制迴路不穩定。
因此，在一實施例中，提供組件相對於目標表面之位置控制之方法。圖9描繪相對於目標表面定位組件之方法的實施例。在程序1000處，該方法可包括計算作用在組件與目標表面之間的卡西米爾力之經估計之效應或自該卡西米爾力導出之經估計之效應。且，在程序1010處，該方法可包括使用該經估計之效應補償組件相對於目標表面之定位。
因此，參考圖7(B)，圖7(B)描繪經修改以併有使用作用在SIL 810與目標表面820之間的卡西米爾力之經估計之效應或自該卡西米爾力導出之經估計之效應的補償之圖7(A)之示意性彈簧圖。在此狀況下，經估計之效應為描繪為k cas est (z)之經估計之卡西米爾硬度且其被加至支柱硬度Kstrut。使用描繪為k cas est (z)之經估計之卡西米爾硬度之補償應產生如圖7(C)中所展示之圖7(A)及圖7(B)之元件之理想示意性彈簧圖。亦即，經估計之卡西米爾硬度在圖7(B)中之應用有效地消除SIL810與目標表面820之間的實際卡西米爾硬度Kcas(z)，且因此SIL應在其與物鏡/框架800之間有效地僅具有支柱硬度Kstrut。
在一實施例中，計算作用在組件與目標表面之間的卡西米爾力之經估計之效應或自該卡西米爾力導出之經估計之效應可包括：計算產生於組件與目標表面之間的相互作用之經估計之卡西米爾硬度。在理 想系統中，使用上述方程式(2)計算卡西米爾硬度。理想系統包括由真空分離之兩個極佳導電平行表面。實際上，例如，在SIL與基板之間的相互作用之狀況下，SIL之表面及/或基板表面可不極佳地導電，且兩個表面可不極佳地平行。在一些實施例中，例如，當基板表面包括(例如)量測目標之週期性結構(例如，光柵)時，SIL與基板之間的沿著SIL表面之距離可變化。因此，真實卡西米爾硬度將不同於理想卡西米爾硬度。
為適應不同幾何形狀、材料或其他特性及/或一或多個此等特性之變化，常數或參數可應用於用以估算不同幾何形狀、材料等等及/或變化之效應的本文中所描述之計算至使用本文中所描述之方程式(或其經修改版本)之計算中之任一者。可藉由使用幾何形狀、材料等等之特定組態及/或特定變化之模擬來判定此常數或參數。因此，可針對每一組態或針對複數個組態或針對一或多個組態之變化判定特定常數或參數。舉例而言，可針對目標表面之特定類型(例如，度量衡/檢測目標之類型)及/或目標表面之特定類型之一系列變化判定特定常數或參數。
在一實施例中，可藉由使用目標表面之一或多個已知或經量測之參數計算經估計之卡西米爾硬度。舉例而言，在CD重新建構之使用狀況下，可已知或量測目標表面之幾何形狀及材料。因此，卡西米爾力之取決於結構之效應可包括於計算(包括卡西米爾硬度之計算)中以提供對卡西米爾力(F cas est(z))及/或硬度(k cas est (z))之更準確之估計。
圖10示意性地描繪用以相對於目標表面定位SIL之示意性控制迴路及用以補償卡西米爾力對SIL之效應的控制機構。如圖10中所描繪，控制系統1210根據設定點值1200致動(例如)SIL塊狀物及支柱1240以合乎需要地達成或維持特定間隙Z 1220。對於彼間隙Z，實際/真實卡西米爾效應1230被應用於SIL。因此，在一實施例中，藉由線 性化如圖10中所展示之回饋來應用補償經估計之卡西米爾效應1250。亦即，回饋有效地線性化控制迴路，其中否則控制迴路經受非線性化。在一實施例中，經估計之卡西米爾效應1250可為使用(例如)方程式(2)或考慮實際材料、幾何形狀因素等等之方程式(2)之經修改版本判定之所計算的經估計之卡西米爾硬度(k cas est (z))。間隙Z可自間隙誤差信號量測或導出。在理想狀況下，使用方程式(2)(或方程式(2)之經修改版本)計算之卡西米爾硬度等於實際卡西米爾硬度(亦即，實際/真實卡西米爾效應1230)，藉此消除卡西米爾力之效應。因此，在理想狀況下，所揭示之回饋線性化(亦即，藉由將經估計之卡西米爾硬度加至控制迴路)可導致獲得控制系統之原始動力學(例如，無卡西米爾硬度)。但，實際上，建模真實系統之卡西米爾硬度可存在誤差。然而，有利的是，控制迴路之線性化縮減控制迴路對實際卡西米爾硬度自其理想值之偏差的敏感性。因此，在一實施例中，本文中所描述之技術可在SIL與目標表面之間的選自約10奈米至50奈米範圍之間的間隙處將低頻干擾之抑制改良約10倍。
對於組件相對於表面之定位的有效控制，需要準確地已知組件與表面之間的間隙。在真實系統中，此情形可為困難的，此係因為量測信號可不準確，關於系統之假定(例如，組件大小)可不始終有效，等等。舉例而言，組件(例如SIL)與目標表面之間的間隙可由間隙誤差信號(GES)表示。若控制係基於GES，則可能需要校準以幫助確保組件與目標表面之間的間隙為某一預期的間隙(例如，以便避免衝突以及達到所要量測條件)。舉例而言，在上文所描述之控制方案中，卡西米爾硬度之估計(如使用(例如)本文中所描述之式子計算)可在使用無適當校準之經量測之間隙距離(其中經量測之間隙距離意謂經直接量測之間隙距離或自量測導出之間隙距離)計算時容易具有誤差。
另外，間隙之量測可強烈地取決於目標表面上(例如，蝕刻在基 板表面上)之結構。亦即，GES可強烈地取決於目標表面上之結構。舉例而言，若將GES控制在對應於(例如)用於給定結構之20奈米或50奈米之值，則可將彼結構控制為接近於所要20奈米或50奈米。然而，彼GES處之另一結構可能已經觸碰SIL。因此，(例如)由於錯誤的使用者輸入，結構之偏差可使得GES自期望值顯著地變化。此偏差可導致(例如)SIL撞擊目標表面，因此使得裝置及目標表面易受不可接受的損害風險影響。
因此，提供校準GES、經量測之間隙距離及/或設定點值之方法。另外，提供判定組件(例如，SIL)與目標表面之間的臨限值近接度之方法。
圖11中描繪用於組件相對於表面之位置控制之方法的流程圖。該方法可包括：在區塊1400處，自控制迴路中之一或多個其他可量測信號或自一或多個可量測信號導出之一或多個信號(諸如控制誤差信號，該控制誤差信號為下列兩者的差之一度量：組件與表面之間的經量測之間隙距離；及組件與表面之間的所要間隙距離)產生觸發信號；及在區塊1410處，評估觸發信號是否超過臨限值以判定組件相對於表面之近接。在一實施例中，控制誤差信號為GES或基於GES，例如，間隙距離之設定點值與基於GES之經量測之間隙距離之間的差。
小間隙(亦即，<λ/4奈米)處之GES之斜率針對不同結構保持恆定。因此，GES因此為用於逐漸減少組件與表面之間的間隙之適合之控制信號。此外，當逐漸減少SIL與目標表面之間的間隙時，GES之誤差(亦即，控制誤差)在其遇到不穩定性時突然開始非線性地增加。此不穩定性可能可歸因於卡西米爾硬度或卡西米爾硬度與如本文中其他處所論述之靜電硬度之組合。此不穩定性及/或非線性可用於及時判定組件相對於表面之臨限值近接度。因此，控制誤差可用於感測組件相對於目標表面之近接度，該近接度可(例如)觸發(例如)收縮組件 或中斷其移動之安全機構。在一實施例中，該收縮及/或移動之中斷可取決於(例如)反應時間及/或收縮範圍而分佈於雙載物台配置中之物鏡及SIL載物台上。除了控制誤差之外或替代地，控制迴路中之一或多個其他可量測信號或自一或多個可量測信號導出之一或多個信號可用作觸發信號。
在一實施例中，就其遠場強度而言，GES信號可為正規化信號。因此，用於控制之正規化GES信號值可在0與1之間，實質上不依賴於照明之屬性。
在一實施例中，觸發信號在不穩定性接近時相對突然地增加或減小。突然改變由藉由方程式(2)及(4)分別給定之卡西米爾硬度及/或靜電硬度之相對極非線性特性造成。適當臨限值可應用於該信號以判定不穩定性發生之時刻或恰好在不穩定性之前的時刻。
在一實施例中，觸發信號可為針對某一移動時間窗(例如，如同移動平均值)之信號(例如，控制誤差)之最大絕對值。在一實施例中，觸發信號可為信號之大小的基於範數之量化，諸如信號(例如，控制誤差)針對彼信號之移動時間窗之最大絕對值。觸發信號之其他實例包括信號(例如，控制誤差)針對彼信號之移動窗之均方根(RMS)值及/或指示控制迴路不穩定性之一或多個特定頻率的信號(例如，控制誤差)針對彼信號之移動窗之能量含量(例如，RMS)。在一實施例中，移動窗係在0ms至100ms範圍內，例如，0ms至20ms，例如，1ms、2ms或10ms。經應用窗大小可取決於SIL相對於表面之接近速度及SIL與表面之間的相對振動之頻率含量。在一些實施例中，觸發信號可被正規化。藉由基於控制誤差之相對改變產生觸發信號，振動(例如，基板或檢測裝置之振動)對控制誤差之影響可被消除。
圖12描繪展示間隙距離(圖12(A))、控制誤差(圖12(B))以及兩個正規化觸發信號(圖12(C))之圖示模擬結果。在此實例中，如圖12(A) 中所見，間隙自約18奈米緩慢縮減至約14奈米。在圖12(C)中，可看出，當觸發信號超過臨限值1，已經在約420ms時，觸發信號能夠在控制誤差信號中偵測到約440ms之控制不穩定性。在此實施例中，對應的間隙距離為約14奈米。如本文中其他處所論述，歸因於卡西米爾力、靜電力或其組合而遇到控制不穩定性。在許多情況下，靜電力為未知的，此係因為SIL與基板之間的電壓差為未知的。但，靜電力在存在時為卡西米爾力之額外組分。因此，僅基於卡西米爾力之臨限值作為(例如)安全觸發為有效的，即使靜電力存在亦如此。
遇到不穩定性為組件(例如，SIL)太接近於目標表面之指示，且因此該組件係處於碰撞目標表面之風險下。因此，在使用SIL之光學系統中，增加SIL與目標表面之間的間隙可為在遇到控制迴路之不穩定性時所採取之措施。然而，在一些實施例中，可執行其他措施，諸如終止SIL之運動及/或分析與SIL相互作用之目標表面上之結構。
理想地，經量測之間隙距離與實際間隙距離為相同的。然而，實際上，由於各種原因經量測之間隙距離可與實際間隙距離不同。在此等狀況下，可需要使用校準或修正係數來校正經量測之間隙距離、間隙誤差信號及/或設定點值。因而，本文中揭示用於校準經量測之間隙距離、間隙誤差信號及/或設定點值之方法。
如上文所指出，認識到控制迴路中之不穩定性(其顯示在GES中)在組件緊密地接近表面時發生且此不穩定性由如此小距離之間隙處之微觀力引起，該不穩定性可用作用以校準間隙誤差信號、經量測之間隙距離及/或設定點值之手段。
實際上，理想地，若已知結構，則已知GES。因此，可能不存在對基於卡西米爾力之校準的任何需要。但，不全面已知結構，則GES可能具有(顯著)誤差。但，歸因於卡西米爾硬度對間隙之強烈相依性及對結構之相對微弱相依性，預期卡西米爾硬度具有小誤差。因此， 卡西米爾硬度可為在(例如)不全面已知結構的情況下校準(例如)GES之方式。
因此，在一實施例中，對於已知表面積之組件，藉由方程式(2)及(4)分別給定之卡西米爾硬度及/或靜電硬度僅取決於組件與表面之間的間隙。因此，可使用方程式(2)及/或方程式(4)根據使用於定位組件之控制迴路不穩定之硬度之值計算組件與表面之間的絕對間隙之經估計之值(亦即，經估計之間隙距離)。如上文所論述，所計算之值可由常數或參數更改以考慮組件及/或表面之一或多個特性及/或一或多個特性之變化。可藉由模擬及/或校準導出常數或參數。
此外，可評估指示組件與表面之間的間隙距離之間隙信號以識別控制迴路中之顯示在間隙信號中之不穩定性。彼不穩定性歸因於微觀力而發生。間隙信號中之不穩定性下之間隙距離可被稱作參考間隙距離，例如，圖12中經識別之約14奈米間隙距離。在一實施例中，間隙信號可為來自用於相對於表面定位組件之控制迴路之(例如)GES或控制誤差信號或來自如上文所論述之控制迴路之其他經量測或導出信號。在一些實施例中，間隙信號可進一步自控制誤差信號(例如，上文所論述之觸發信號)導出。舉例而言，間隙信號可為針對彼信號之移動窗之經量測或導出信號之大小的基於範數之量化，諸如經量測或導出信號(例如，控制誤差)針對彼信號之移動窗之最大絕對值，經量測或導出信號(例如，控制誤差)針對彼信號之移動窗之均方根值，及/或指示控制迴路不穩定性之特定頻率的經量測或導出信號針對彼信號之移動窗之能量含量。
接著相對於彼此評估參考間隙距離與經估計之間隙距離。在理想系統中，參考間隙距離等於基於卡西米爾及/或靜電硬度式子計算之經估計之間隙距離。因此，若其為相同的，則已校準過系統。然而，由於系統可自理想狀態偏離，因此，參考間隙距離可與經估計之間隙 距離不同。因此，校正或校準係數可因此在參考間隙距離與經估計之間隙距離不同的情況下予以判定。舉例而言，校正或校準係數可根據參考間隙距離與經估計之間隙距離之間的差予以判定且可應用於GES信號、經量測之間隙距離及/或控制迴路之設定點值。作為另一實例，對應的GES值可設定為用於基板上之給定結構之較低設定點(亦即，臨限值)，且因此可用於(例如)觸發安全機構以避免組件與表面之碰撞。
取決於目標/基板/批次之間的所預期之結構變化，校正或校準係數可每個度量衡/檢測目標、每個基板或每個批次之基板予以判定一次。
在一實施例中，可能需要將卡西米爾力隔離為造成組件之GES中之不穩定性的唯一顯著力，且因此可僅需要針對卡西米爾效應計算之參考距離。為此，在一實施例中，可去除組件與表面之間的電壓差，藉此去除可歸因於組件與表面之間的電壓差之靜電硬度。可藉由任何已知方法(諸如將導電塗層提供於組件之表面及/或目標表面上且將兩個表面均接地)去除電壓差。
在一實施例中，除去除組件與表面之間的電壓差之外，可提供已知的電壓差或可判定電壓差。在此實施例中，若已知與目標表面相互作用之組件之表面的面積，則全部硬度(亦即，靜電硬度與卡西米爾硬度之組合)仍取決於組件與表面之間的間隙。因此，對於已知或經量測之電壓差，可仍基於使間隙信號不穩定之硬度之值計算參考距離。因為靜電硬度之非線性係低於卡西米爾硬度之非線性(-3之冪相對於-5之冪)，使用靜電硬度與卡西米爾硬度之組合的間隙距離之計算可不與僅使用卡西米爾硬度一樣穩固。已知的電壓差應足夠低以避免組件與表面之間的電壓崩潰。
圖13描繪用以校準經量測之間隙距離、間隙誤差信號及/或設定 點值之程序的實例流程圖。該方法包括：在區塊1600處，針對使用於相對於表面定位組件之控制信號不穩定之硬度之值，基於組件與表面之間的卡西米爾及/或靜電硬度計算組件與表面之間的經估計之間隙距離。在區塊1610處，評估關於組件與表面之間的間隙距離之間隙信號以識別間隙信號中之不穩定性，不穩定性下之間隙距離為參考間隙距離。在區塊1620處，相對於經估計之間隙距離評估參考間隙距離以得到用於組件相對於表面之定位之修正係數。
雖然本文中之各種實施例主要描述SIL相對於基板/目標表面之位置控制，但所揭示之方法及裝置可用於控制任何組件(諸如微型懸臂支架)相對於任何表面之位置。
如上文所描述，在一實施例中，提供用以藉由基於一或多個特定量測信號之技術控制間隙之各種技術。該等技術在諸如以下各者之光學度量衡或檢測裝置中具有特定應用性：散射計；對準感測器(其判定對準標記之間的對準)；編碼器或干涉計(其實現位置量測)；及/或高度或位階感測器(其實現表面之位置之量測)；但可應用於SIL之其他應用中或應用於物件經定位及/或維持成與另一物件非常接近(例如，在低於400奈米範圍內)之其他應用中。該技術無需以獨佔方式應用，且可與一或多個其他技術(包括所引用之文檔中所論述之一或多個技術)組合來應用。
本文中所描述之任何控制器或控制系統可在一或多個電腦程式由位於微影裝置之至少一個組件內之一或多個電腦處理器讀取時各自或組合地可操作。控制器或控制系統可各自或組合地具有用於接收、處理以及發送信號之任何適合的組態。一或多個處理器經組態以與控制器或控制系統中之至少一者通信。舉例而言，每一控制器或控制系統可包括用於執行包括用於上文所描述之方法之機器可讀指令的電腦程式之一或多個處理器。控制器或控制系統可包括用於儲存此等電腦程 式之資料儲存媒體及/或用以接收此媒體之硬體。因此，控制器或控制系統可根據一或多個電腦程式之機器可讀指令操作。
儘管在本文中可能特定地參考在用於檢測或量測與(例如)光學微影相關聯之物品的度量衡或檢測裝置之內容背景中的本發明之實施例之使用，但將瞭解，本文中所描述之方法及裝置可用於其他應用中，例如，壓印微影、整合式光學系統之使用或製造、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案的使用或製造、平板顯示器之使用或製造、液晶顯示器(LCD)之使用或製造、薄膜磁頭之使用或製造等等。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。在適用情況下，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。此外，可將基板處理一次以上，例如，以便產生多層IC，使得本文中所使用之術語基板亦可指已經含有多個經處理層之基板。
其他實施例係在以下經編號之條項中加以描述：
1.一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：計算作用在該組件與該表面之間的近接力之一經估計之效應或自該近接力導出之一經估計之效應；及使用該經估計之效應補償該組件相對於該表面之定位。
2.如條項1之方法，其中計算該經估計之效應包含：計算自該組件與該表面之間的卡西米爾力及/或電磁力導出之一經估計之效應。
3.如條項2之方法，其中計算自該組件與該表面之間的卡西米爾力及/或電磁力導出之該經估計之效應包含：計算該組件與該表面之間的一近接硬度。
4.如條項1至3中任一項之方法，其中該補償包含：基於間隙之 一量測之一回饋以線性化用於該組件與該表面之間的相對移動之一控制迴路。
5.如條項1至4中任一項之方法，其中計算該經估計之效應包含：使用該經估計之效應係與1/z 3、1/z 4或1/z 5成比例之一式子計算該經估計之效應。
6.如條項1至5中任一項之方法，其中計算該經估計之效應包含：基於該組件與該表面之間的一經量測之間隙距離計算該經估計之效應。
7.如條項6之方法，其中該經量測之間隙距離為自一經量測之間隙誤差信號導出的一間隙距離。
8.一種方法，其包含：針對使用於相對於一表面定位一組件之一控制信號不穩定之一近接力或硬度之一值，基於該組件與該表面之間的近接力或硬度計算該組件與該表面之間的一經估計之間隙距離；評估關於該組件與該表面之間的一間隙距離之一間隙信號以識別該間隙信號中之一不穩定性，該不穩定性下之該間隙距離為一參考間隙距離；及相對於該經估計之間隙距離評估該參考間隙距離以得到用於該組件相對於該表面之定位的一修正係數。
9.如條項8之方法，其中該間隙信號包含根據該組件之一控制迴路中之一經量測之信號或根據自該控制迴路中之該經量測之信號導出的一信號產生之一觸發信號。
10.如條項9之方法，其中該觸發信號係根據一控制誤差信號產生，該控制誤差信號為下列兩者的差之一度量：該組件與該表面之間的一經量測之間隙；及該組件與該表面之間的一所要間隙。
11.如條項9或條項10之方法，其中該觸發信號包含用於該經量 測或導出信號之一移動窗之一值。
12.如條項11之方法，其中用於該移動窗之該值包含該經量測或導出信號之一最大絕對值、該經量測或導出信號之一均方根值、指示控制迴路不穩定性之一特定頻率的該經量測或導出信號之能量含量及/或該經量測或導出信號之大小的其他基於範數之量化。
13.如條項8至12中任一項之方法，其中該修正係數包含對以下各者之一校正：該間隙信號；該間隙之一經量測之距離；及/或用於該組件與該表面之間的相對移動之一控制迴路之一設定點值。
本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，其包括紫外線(UV)輻射(例如具有小於約400奈米且大於約20奈米或約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5奈米至20奈米範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明之實施例可呈以下形式：電腦程式，其含有描述如本文中所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或非暫時性資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟等等)；或暫時性媒體，其中具有此電腦程式。此外，可以兩個或兩個以上電腦程式來體現機器可讀指令。兩個或兩個以上電腦程式可儲存於一或多個不同記憶體及/或資料儲存媒體上。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
800‧‧‧框架
810‧‧‧固態浸潤透鏡(SIL)
820‧‧‧目標表面

Claims (27)

  1. 一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：計算作用在該組件與該表面之間的卡西米爾力之一經估計之效應或自該卡西米爾力導出之一經估計之效應；及使用該經估計之效應補償該組件相對於該表面之定位。
  2. 如請求項1之方法，其中計算該經估計之效應包含：計算自該組件與該表面之間的卡西米爾力導出之一經估計之效應。
  3. 如請求項2之方法，其中計算自該組件與該表面之間的卡西米爾力導出之該經估計之效應包含：計算該組件與該表面之間的一卡西米爾硬度。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該補償包含：基於間隙之一量測之一回饋以線性化用於該組件與該表面之間的相對移動之一控制迴路。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中計算該經估計之效應包含：使用該經估計之效應係與1/z 3、1/z 4或1/z 5成比例之一式子計算該經估計之效應。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中計算該經估計之效應包含：基於該組件與該表面之間的一經量測之間隙距離計算該經估計之效應。
  7. 如請求項6之方法，其中該經量測之間隙距離為自一經量測之間隙誤差信號導出的一間隙距離。
  8. 一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含：根據該組件之一控制迴路中之一經量測之信號或根據自該控 制迴路中之該經量測之信號導出的一信號產生一觸發信號；及評估該觸發信號是否超過一臨限值以判定該組件相對於該表面之近接。
  9. 如請求項8之方法，其中產生該觸發信號包含：自一控制誤差信號導出該觸發信號，該控制誤差信號為下列兩者的差之一度量：該組件與該表面之間的一經量測之間隙；及該組件與該表面之間的一所要間隙。
  10. 如請求項8或9之方法，其中該觸發信號包含用於該經量測或導出信號之一移動窗之一值。
  11. 如請求項10之方法，其中用於該移動窗之該值包含該經量測或導出信號之一最大絕對值、該經量測或導出信號之一均方根值、指示控制迴路不穩定性之一特定頻率的該經量測或導出信號之能量含量及/或該經量測或導出信號之大小的其他基於範數之量化。
  12. 如請求項8至11中任一項之方法，其進一步包含啟動一機構以在該觸發信號超過該臨限值時增加該組件與該表面之間的該間隙。
  13. 如請求項8至12中任一項之方法，其中該臨限值對應於該經量測或導出信號中之不穩定性之發生或出現。
  14. 一種方法，其包含：針對使用於相對於一表面定位一組件之一控制信號不穩定之一卡西米爾及/或靜電力或硬度之一值，基於該組件與該表面之間的卡西米爾及/或靜電力或硬度計算該組件與該表面之間的一經估計之間隙距離；評估關於該組件與該表面之間的一間隙距離之一間隙信號以識別該間隙信號中之一不穩定性，該不穩定性下之該間隙距離 為一參考間隙距離；及相對於該經估計之間隙距離評估該參考間隙距離以得到用於該組件相對於該表面之定位的一修正係數。
  15. 如請求項14之方法，其中該間隙信號包含根據該組件之一控制迴路中之一經量測之信號或根據自該控制迴路中之該經量測之信號導出的一信號產生之一觸發信號。
  16. 如請求項15之方法，其中該觸發信號係根據一控制誤差信號產生，該控制誤差信號為下列兩者的差之一度量：該組件與該表面之間的一經量測之間隙；及該組件與該表面之間的一所要間隙。
  17. 如請求項15或16之方法，其中該觸發信號包含用於該經量測或導出信號之一移動窗之一值。
  18. 如請求項17之方法，其中用於該移動窗之該值包含該經量測或導出信號之一最大絕對值、該經量測或導出信號之一均方根值、指示控制迴路不穩定性之一特定頻率的該經量測或導出信號之能量含量及/或該經量測或導出信號之大小的其他基於範數之量化。
  19. 如請求項14至18中任一項之方法，其包含：基於該組件與該表面之間的卡西米爾力或硬度計算該組件與該表面之間的該經估計之間隙距離。
  20. 如請求項14至19中任一項之方法，其中該修正係數包含對以下各者之一校正：該間隙信號；該間隙之一經量測之距離；及/或用於該組件與該表面之間的相對移動之一控制迴路之一設定點值。
  21. 一種用於一組件相對於一表面之位置控制之方法，該方法包含： 基於該組件與該表面之間的一經量測之間隙距離計算作用在該組件與該表面之間的卡西米爾硬度之一經估計之效應；及使用卡西米爾硬度之該經估計之效應以補償該組件相對於該表面之該定位之實際卡西米爾硬度。
  22. 如前述請求項中任一項之方法，其中該組件包含一固態浸潤透鏡且該表面包含一量測目標表面。
  23. 如前述請求項中任一項之方法，其進一步包含將該組件定位成距該表面在1奈米至50奈米內。
  24. 一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1至23中任一項之方法來檢測作為該器件圖案之部分或除了該器件圖案以外而形成於該等基板中之至少一者上的至少一目標；及根據該方法之結果而針對稍後基板來控制該微影程序。
  25. 一種包含機器可讀指令之非暫時性電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一處理器執行如請求項1至23中任一項之方法。
  26. 一種系統，其包含：一檢測裝置，其經組態以將一光束提供於一基板上之一量測目標上且偵測由該目標重新導向之輻射以判定一微影程序之一參數；及如請求項25之非暫時性電腦程式產品。
  27. 如請求項26之系統，其進一步包含一微影裝置，該微影裝置包含：一支撐結構，其經組態以固持用以調變一輻射光束之一圖案化器件；及一投影光學系統，其經配置以將該經調變投影至一輻射敏感基板上。
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