TW202328638A - 用於再現目標波前的方法以及用於執行該方法的計量系統 - Google Patents

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Abstract

光學測量系統用於在使用照明光照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前。光學測量系統包括物體保持器和光學部件。初始指定起始致動器位置集合，其中每個致動器被分配有起始致動器位置。確定近似目標波前的預期設計波前，並且光學測量系統產生該預期設計波前作為設定波前。執行起始波前的粗略測量，在實際設置起始致動器位置集合之後，光學測量系統產生該起始波前作為實際波前。然後，通過致動器裝置調整物體保持器，直到在實際波前和設計波前之間的最小波前偏差的情況下，針對粗略致動器位置集合獲得粗略目標波前。然後，對粗略目標波前進行精細測量，並且移動光學部件，直到在偏差最小的情況下，針對精細致動器位置集合獲得精細目標波前。

Description

用於再現目標波前的方法以及用於執行該方法的計量系統
本發明涉及一種用於使用光學測量系統在用照明光照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前的方法。本發明還涉及一種用於執行該方法的計量系統。
從WO 2016/012425A2和WO 2016/012426A1已知一種用於測量微影掩模的三維空間圖像的計量系統。從DE102019206651A1中已知一種用於確定微影掩模的三維空間圖像的相應的計量系統和方法。DE102013219524A1描述了一種用於確定光學系統的成像品質的裝置和方法以及一種光學系統。DE102013219524A1描述了一種基於針孔成像確定波前的相位恢復方法。DE102017210164 B4描述了一種用於調整投射鏡頭的成像行為的方法以及一種調整設備。從US9746784B2中已知一種補償投射曝光設備中透鏡發熱的方法。DE102008042356A1公開了一種投影曝光設備，其包括圖像缺陷確定裝置和用於操縱投影曝光設備的鏡頭的至少一個光學元件的操縱器的控制器。
本發明的目的之一是，在通過光學測量系統再現光學製造系統的目標波前期間，允許光學測量系統的波前偏差的良好近似（good approximation），該波前偏差是通過光學製造系統的相應偏差的目標失准而產生的。
根據本發明，這個目的是通過具有下文指定特徵的再現方法來實現的。
本發明提供了一種用於使用光學測量系統在用照明光照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前的方法， 該光學測量系統被設計成將物平面中的物體成像到像平面中的像場中， 該光學測量系統包括用於保持該物體的物體保持器，該物體保持器能夠借助於至少一個致動器、通過平移來移動， 該光學測量系統包括至少一個光學部件，該至少一個光學部件能夠借助於至少一個致動器移動， 該方法包括以下步驟： 指定起始致動器位置集合，其中每個致動器被分配起始致動器位置， 確定近似該目標波前的預期設計波前，並且該光學測量系統產生該預期設計波前作為設定波前， 在實際設置該起始致動器位置集合之後，執行起始波前的粗略測量，該光學測量系統產生該起始波前作為實際波前， 通過平移該物體保持器並在相應的物體保持器位置處測量相應產生的實際波前，最小化從該起始波前出現的實際波前和該設計波前之間的偏差，直到在最小波前偏差的情況下，針對粗略致動器位置集合獲得粗略目標波前， 在實際設置該粗略致動器位置集合之後，執行該光學測量系統產生的、作為實際波前的該粗略目標波前的精細測量， 通過移動該至少一個光學部件並在相應的部件位置監控相應產生的實際波前，最小化從該粗略目標波前出現的實際波前和該設計波前之間的偏差，直到在最小波前偏差的情況下，針對精細致動器位置集合獲得精細目標波前。
該再現方法可以用於光學製造系統的目標波前的目標再現或模擬，但是原則上也用於校正在借助光學測量系統執行的測量方法期間出現的波前像差。
如果沒有提及其他內容，致動器位移是指由該致動器移動的相應部件的平移和/或傾斜。通常，光學測量系統的確定的設計波前不同於待再現的光學製造系統的目標波前。物體可以是測試結構。測試結構可以是微影掩模。
已經發現，在對光學測量系統的調整進行優化以盡可能最佳地近似再現目標波前的範圍內，如果將這種優化細分為粗略近似和精細近似，則是有利的，在粗略近似中最初只有物體位移，在精細近似中從粗略近似的結果開始進行完全的優化。所確定的粗略目標波前能夠以更快的收斂進行隨後的精細近似，因此與現有技術相比，該再現方法可以更快地執行。
較佳地，在該粗略測量期間根據函數集展開波前，在該粗略測量期間僅考慮小於極限階次的展開階次。上述的函數集展開（function set expansion）已經證明了其在實踐中的價值。以下可以用作函數集的基函數：Zernike多項式、Bhatia-Wolf多項式、Bessel函數、拉普拉斯方程的解、正交化且局部分佈的窄指數函數和/或高斯函數(可選地分佈在網格上)、正交化且局部分佈的樣條多項式(可選地分佈在網格上)以及基函數的正交化混合。舉例來說，這種正交化可以使用Gram-Schmidt正交化方法(1968年麥格勞希爾集團(McGraw-Hill)的Korn和Korn的“科學家和工程師的數學手冊(Mathematical Handbook for Scientists and Engineers)”；1992年約翰威立國際出版公司(Wiley-Interscience)的D. Malacar的“光學車間測試(Optical Shop Testing)”；http://de.wikipedia.org/wiki/Schmidtsches_Orthonormalisierungsverfahren)來實現。舉例來說，極限階次可以是五階。就Zernike多項式用作函數集展開而言，可以在粗略測量期間考慮例如階次＜ Z5的Zernike多項式。
較佳地，該精細測量和隨後的偏差最小化的步驟是反覆運算執行的。上述的反覆運算過程已經證明了其在實踐中的價值。為了優化的目的，可以使用投影方法(誤差減少演算法、Gerchberg-Saxton方法、IFTA方法)和/或傳統的反覆運算優化方法(梯度下降演算法、最小二乘法、阻尼最小二乘法、遺傳搜索法、單純形法、Chambolle-Pock優化法、反向傳播法)和/或直接反演方法(展開的Nijboer Zernike分解法(2010年S. Van Haver的“展開的Nijboer-Zernike衍射理論及其應用”，http://resolver.tudelft.nl/uuid:8d96ba75-24da-4e31-a750-1bc348155061）、基於資料庫的方法、機器學習法)。在DE102013219524B4中也描述了可以使用的反覆運算優化演算法。
較佳地，當執行該精細測量和隨後的偏差最小化時，執行相位恢復。上述的精細近似期間的相位恢復同樣證明了其對於最小化偏差的價值。為此也可以使用DE102013219524B4中所公開的演算法。
較佳地，使用同構(isomorphic)光學測量系統來再現變形光學製造系統的目標波前。當使用上述的同構光學測量系統再現變形製造系統時，該再現方法已經特別證明了其價值。
較佳地，使用同構光學測量系統來再現同構光學製造系統的目標波前。可選地，該再現方法也可以用於使用上述的同構光學測量系統來再現同構光學製造系統。在這種情況下，可以使用進一步的優化自由度來獲得非常精確的偏差最小化。
較佳地，在指定該目標波前時根據函數集展開波前，並且在指定該目標波前時僅考慮至少一個選擇的展開階次。在上述的方法的情況下，可以利用的是，光學系統的某些參數在其操作條件改變的情況下相對於單獨函數或函數集展開的階次經常非常敏感，而其他函數或階次基本上幾乎不受影響或保持不受影響。然後，敏感函數或階次用於指定目標波前。這可能正好是所使用的一個敏感函數或階次。舉例來說，也可以使用兩個這樣的函數或階次。例如，就照明方向的變化而言，這可以通過考慮波前的Zernike展開的Zernike多項式Z5和/或Z6來考慮。
較佳地，在指定該起始致動器位置集合和確定已經近似目標波前的設計波前之前，指定用於通過致動該光學測量系統的至少一個致動器來照明該物體的照明設置，其中該目標波前和該設計波前基於該照明設置來指定。這些優點在上述的方法中變得特別重要。特別地，用於移動光學測量系統中的至少一個光闌的致動器可以用作用於指定照明設置的致動器。這種光闌可以是光學測量系統的照明光學單元的組成部分和/或光學測量系統的成像光學單元的組成部分。
本發明還提供一種計量系統，用於執行根據上文所述的方法， 包括用於照明該物體的照明光學單元， 包括用於再現該目標波前的光學測量系統， 包括物體保持器，該物體保持器具有用於移動該物體保持器的物體保持器致動器， 包括該光學測量系統的至少一個光學部件，該至少一個光學部件具有用於移動該光學部件的部件致動器， 包括用於波前測量的空間分辨檢測裝置，該空間分辨檢測裝置佈置在該光學測量系統的像平面的區域中， 包括通過信號連接到該致動器的中央開環/閉環控制裝置。
上述的計量系統的優點對應於上面已經參照再現方法解釋的那些優點。
該計量系統可以包括恰好一個部件致動器或者多於一個的部件致動器。部件致動器的數量通常少於十個。
較佳地，在計量系統中，光源用於產生該照明光。上述的光源完成了該計量系統。可選地，該計量系統也可以使用光學製造系統的光源，也就是說，它可以以一種可銷售的產品的形式提供，而不需要專用光源。光源可以是EUV光源。也可以使用DUV或UV光源。
較佳地，在計量系統中，致動器用於指定用於照明該物體的照明設置。特別地，上述的方法可以使用上述的計量系統來執行。
為了便於表示位置關係，在下文中使用笛卡爾xyz坐標系。在圖1中，x軸垂直於圖紙平面並離開圖紙而延伸。y軸在圖1中向右延伸。在圖1中，z軸向上延伸。
在對應於子午截面的視圖中，圖1示出了計量系統2中的EUV照明光或成像光1的光路，該計量系統2用於在用照明光1照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前。在計量系統2的光學測量系統的成像光學單元中，使用EUV照明光1對佈置在物平面4中的物場3中的掩模母版或微影掩模形式的測試結構5(參見圖2)進行成像。在下文中，測試結構5也被稱為物體或樣本。
計量系統2用於分析三維(3-D)空間圖像(空間圖像計量系統)。各應用包括微影掩模的空間圖像的再現，因為空間圖像在生產投影曝光設備中、例如在掃描器中也會出現。從WO2016/012426A1、US2013/0063716A1(參見其中的圖3)、DE10220815A1(參見其中的圖9)、DE10220816A1(參見其中的圖2)和US2013/0083321A1中已知這種類型的計量系統。
照明光1在物體5處被反射。照明光1的入射平面平行於yz平面。
EUV照明光1由EUV光源6產生。光源6可以是雷射等離子體源(LPP；雷射產生的等離子體)或放電源(DPP；放電產生的等離子體)。原則上，也可以使用基於同步加速器的光源，例如自由電子雷射器(FEL)。EUV光源的使用波長可以在5 nm和30 nm之間的範圍內。原則上，在計量系統2的變型的情況下，也可以使用具有其他使用光波長的光源來代替光源6，例如具有193 nm的使用波長的光源。
根據計量系統2的實施例，計量系統2可以用於反射式或者透射式物體5。透射式物體的一個例子是針孔光闌。
計量系統2的照明光學單元7佈置在光源6和物體5之間。照明光學單元7用於以物場3上的限定的照明強度分佈並且同時以使得物場3的場點被照明的限定的照明角度分佈來照明待檢查的物體5。這種照明角度分佈在下文中也被稱為照明孔徑或照明設置。
照明孔徑通過照明光學單元7的σ孔徑光闌8來界定，σ孔徑光闌8佈置在照明光學單元光瞳平面9中。作為替代或補充，相應的孔徑光闌也可以存在於計量系統2的成像光學單元中，這將在下面進行描述。σ孔徑光闌8將入射到其上的照明光1的光束限制在邊緣上。作為替代或補充，σ孔徑光闌8和/或成像光學單元中的光闌也可以從內部遮蔽照明光束，也就是說充當遮擋光闌。相應的光闌可以具有相應地在內側遮蔽光束的內光闌體，該光闌體通過多個腹板、例如通過四個腹板連接到外光闌支撐體。σ孔徑光闌8可以通過位移驅動器8a在照明光學單元光瞳平面9中、也就是說平行於xy平面、以限定的方式移動。光闌位移驅動器8a是用於在照明物體5時指定照明設置的致動器。
在物體5處被反射之後，照明或成像光1進入計量系統2的光學測量系統的成像光學單元或投影光學單元10。以類似於照明孔徑的方式，存在由圖1中投影光學單元10的入射光瞳11中的NA孔徑光闌11a指定的投影光學單元孔徑。NA孔徑光闌11a可以通過位移驅動器12在投影光學單元光瞳平面中、也就是說平行於xy平面、以限定的方式移動。位移驅動器12也是用於指定照明設置的致動器。典型地，σ孔徑光闌8和NA孔徑光闌11a以這樣的方式相對於彼此對準：使得兩個光闌的中心均被照明光1和測試結構5處的反射的中心光線撞擊。σ孔徑光闌8和NA孔徑光闌11a可以相對於彼此居中。
待測量的成像光學單元10用於朝向計量系統2的空間分辨檢測裝置14成像測試結構5。空間分辨檢測裝置14被設計成例如CCD檢測器。也可以使用CMOS檢測器。空間分辨檢測裝置14被佈置在投影光學單元10的像平面15中。
空間分辨檢測裝置14通過信號連接到數位影像處理裝置17。
空間分辨檢測裝置14在xy平面中的圖元空間解析度可以以這樣的方式來指定：使得其在x和y座標方向(NAx，NAy)上與待測量的入射光瞳11的數值孔徑成反比。在x座標方向上，該圖元空間解析度通常小於λ/2NA x，在y座標方向，通常小於λ/2NA y。在這種情況下，λ是照明光1的波長。檢測裝置14的圖元空間解析度也可以獨立於NAx、NAy以方形圖元尺寸實施。
可以通過重新採樣來提高或減小空間分辨檢測裝置14的空間解析度。具有在x和y方向上的不同尺寸的圖元的檢測裝置也是可能的。
測試結構5由保持器18承載。保持器18可以通過位移驅動器或致動器19移動，一方面平行於xy平面移動，另一方面垂直於該平面、也就是說在z方向上移動。位移驅動器19、以及計量系統2的整個操作由中央控制裝置20控制，中央控制裝置20以不再具體示出的方式與待控制的部件通過信號連接。
計量系統2的光學結構用於在半導體部件的投影微影生產期間、在物體5的投影曝光範圍內的照明和圖像表示的、最精確可能的再生或模擬。計量系統2的光學測量系統用於再現在這種情況下使用的投影曝光設備的成像光學製造系統的目標波前。
圖1示出了物平面4的區域中的測試結構5的各種可能的佈置平面，在每種情況下使用虛線。在計量系統2的操作期間，使用分別由子孔徑10i指定的照明角度分佈、在測試結構5相對於物平面4的不同距離位置z m處照明該測試結構5，並且對於相應的距離位置z m、在像平面15中以空間解析度的方式記錄強度I(x，y，z m)。該測量結果I(x，y，z m)也被稱為空間圖像。
焦平面的數量z m可以在兩個和二十個之間，例如在十個和十五個之間。在這種情況下，z方向的總位移超過若干個瑞利單位(NA/λ 2)。
在圖1中以插頁繪製的是測試結構5的xy平面圖，其可以是圓形或橢圓形測試結構的形式。
除了入射光瞳11，圖1還依然示意性地表示了投影光學單元13的出射光瞳21。成像光學單元10的入射光瞳11和出射光瞳21都是橢圓形的。
計量系統2的成像光學單元10是同構的，也就是說，它在x方向和y方向上具有相同的成像比例。
圖1底部再次以xy平面圖示出了檢測裝置14的三個測量結果，其中中央測量結果示出了佈置在物平面4中的情況下測試結構5的圖像表示，而另外兩個測量結果示出了測試結構5已經相對於物平面4的z座標移位元的圖像表示，在正z方向上位移一次，在負z方向上位移一次。測試結構5的空間圖像來自分配給相應z座標的測量結果的總和。
圖2比圖1稍微更示意性地示出了計量系統2。
圖2底部描繪了檢測裝置14的檢測平面中的成像光1的實際波前的強度，該檢測平面可以與像平面15重合。因此，等高線圖示出了在物體5相對於物平面的給定焦點z m的情況下、像平面15中的強度分佈I(x，y)。
計量系統2的光學測量系統模擬投影曝光設備22的光學製造系統，其在圖3中被示意性地描述為與圖2中的計量系統2相似。
投影曝光設備22包括EUV光源形式的製造光源、以及製造照明光學單元23。對反射式掩模母版24（也稱為微影掩模）進行照明。這種掩模母版24可以與測試結構5相同，但這不是強制性的。
投影曝光設備22的物平面中的物場通過成像製造光學單元25成像到像平面26中的像場中。與計量系統2的成像光學單元10不同，投影曝光設備22的成像製造光學單元25是變形的，也就是說，它在x方向和y方向上具有不同的成像比例。
成像製造光學單元25的入射光瞳27是橢圓形的。成像製造光學單元25的出射光瞳28是圓形的。
圖3底部描繪了在投影曝光設備22中被引導的成像光1在像平面26的區域中的波前W，同樣為I(x，y)等高線圖。
當模擬投影曝光設備22的目標波前W T時，該目標波前W T例如可以是圖3底部的波前W，測試結構5在計量系統2內沿z方向遞增地移動，在該過程中已經假設了上述距離位置z m。與模擬同構成像製造光學單元的情況不同，計量系統2內的測試結構5的這種z位移不會導致與成像製造光學單元25中的像平面26的z位移的情況相同的波前變化。從圖2底部(計量系統2)和圖3底部(投影曝光設備22)的兩個波前的比較中可以明顯看出這一點。計量系統2的成像光學單元10的橢圓光瞳27、28在測試結構5的z位移的情況下導致波前W的相應橢圓變形。這也導致測試結構5在像平面15的區域中成像的圖像在x和y兩個空間方向上具有不同的清晰度水準。
圖4至圖6示出了當執行使用具有成像光學單元10的計量系統2的光學測量系統來再現成像製造光學單元25的目標波前W T的方法時的暫態情況，計量系統2又比圖2中稍微更詳細地被描述。指定的目標波前W T存儲在中央控制裝置20的記憶體中。
為了模擬成像製造光學單元25的像平面26的z位移，測試結構5相對於物平面4在z方向上位移，這在圖4中用虛線表示。這種位移借助於物體保持器18的位移驅動器19來實施。對應於上面在圖2和3的上下文中已經解釋的內容，這種位移導致實際波前W的變形，該變形同樣是橢圓變形。
計量系統2的成像光學單元10包括多個反射鏡，其中兩個反射鏡M1、M2在圖4中示出。這兩個反射鏡M1、M2是計量系統2的光學測量系統的光學部件。這兩個反射鏡M1、M2中的每一個都具有用於使相應反射鏡M1、M2位移的部件致動器30、31。這種位移可以根據至少一個平移自由度和/或至少一個傾斜自由度來實施。致動器30、31可以被設計成使得在使反射鏡M1、M2位移時，可以使用多達五個或者甚至多達六個位移自由度。
反射鏡M1、M2的實際位置在圖4中用實線表示，為了再現目標波前W T的散焦圖像位置，這些位置與理想成像反射鏡位置有偏差，理想成像反射鏡位置在圖4中用虛線表示。
當執行再現方法時，致動器30、31各自的致動器位置被組合以形成起始致動器位置集合(X 0)。這種致動器位置設定X i也稱為配方或位移配方。在該起始致動器位置集合X 0中，每個致動器30、31被分配一起始致動器位置，該位置被用作圖4中的實際位置。
從圖4的底部可以明顯看出，計量系統2的目標波前W T和起始波前W 0(參見圖4的底部右側)彼此顯著偏離。
通過確定偏離初始致動器位置集合X 0的致動器位置集合，有可能調整成像光學單元10的部件，在該範圍內，計量系統2的成像光學單元10的實際波前在比根據圖4的起始情況更好的程度上近似目標波前W T。
在該再現方法中，尋找最佳近似目標波前W T的致動器位置集合，一方面被細分為粗略近似(參見圖5)，另一方面被細分為精細近似(參見圖6)。
最初，確定盡可能最佳地近似目標波前W T的預期設計波前W D，並且該預期設計波前W D預計由計量系統2的光學測量系統產生以作為設定波前。該設計波前W D通常不精確對應於目標波前W T，因為由於不同的成像光學單元（一方面是10，另一方面是25），仍然存在不可避免的殘餘差異。
此時，在該再現方法的粗略近似的範圍內，開始對起始波前W 0進行粗略測量，也就是說，在根據圖4的情況下對波前W 0進行測量，該起始波前由光學測量系統產生，作為遵循起始致動器位置集合X 0的實際初始設定的實際波前。
舉例來說，實際波前W 0和設計波前W D之間的差異源自以下事實：設計波前W D的模擬引起了與在那裡使用的相應的被致動的部件的位移影響的靈敏度相關的偏差，並且源自以下事實：由致動器指定的相應部件位置不同於在確定設計波前W D時的模擬值。此外，各種致動器19、30、31的安裝產生公差，這些公差可能導致各個位移自由度的比例誤差和/或不同位移自由度之間不希望的耦合。
隨後，在粗略近似期間，僅通過借助位移驅動器19平移光學保持器，一方面從該起始位置出現的光學測量系統的實際波前(即：從起始波前W 0)、並且另一方面該設計波前W D之間的偏差被最小化。這種平移32在圖5中由雙向箭頭表示。這種最小化是通過借助於空間分辨檢測裝置14監控實際波前W來實現的，該實際波前W由於平移32而相應設定在測試結構5的x、y和z位置中。物體保持器借助於位移驅動器19的平移、以及在相應物體保持器位置的情況下該實際波前W設定的相應監控是通過空間分辨檢測裝置14實現的，直到對於致動器30、31的粗略致動器位置集合X 1，在最小波前偏差的情況下獲得粗略目標波前W 1。這種情況如圖5所示。與根據圖4的位置相比，測試結構5已經通過平移32移位。借助於位移驅動器19，實際波前W的圖像位置也在x和y方向上與設計波前W D的圖像位置相匹配。
在根據圖5的粗略致動器位置集合X 1的情況下，與根據圖4的起始致動器位置集合X 0相比，反射鏡M1和M2處於相同的位置，也就是說它們沒有位移。就其x/y位置而言，並且還就其尺寸而言，並且可選地還就其x/y縱橫比而言，遵循根據圖5的粗略近似的粗略目標波前W 1設定實質上比根據圖4的其起始位置的情況更接近目標波前W T。
粗略近似主要考慮根據圖4的起始致動器位置的像差，這導致圖像位置的位移。
在圖像再現方法中，所實施的粗略近似之後是精細近似，這將在圖6的基礎上進一步進行解釋。在這種情況下，最初存在粗略目標波前W 1的精細測量，在實際設定粗略致動器位置集合X 1之後，計量系統2的光學測量系統產生該粗略目標波前W 1作為實際波前W。隨後，通過使成像光學單元10的至少一個光學部件、也就是說例如至少一個反射鏡M1、M2位移，從粗略目標波前W 1出現的實際波前W和設計波前W D之間的偏差最小化。在此，再次通過檢測裝置14監控相應部件位置的實際波前W設定。實施該步驟，直到在最小波前偏差的情況下，對於精細致動器位置集合X 2獲得精細目標波前W 2，該精細目標波前對應於指定公差內的設計波前W D。
設計波前W D可以在特定度量的基礎上進行優化。可以選擇設計波前W D，使得它與目標波前的差異相對於特定範數是最小的。該範數可以是L2範數，也就是平方可求積函數空間中的範數，或者平方可求和序列空間中的範數。用於指定設計波前W D的另一種可能的方法包括相對於相應的空間圖像的最小化。在這兩種情況下，都有可能提供約束，以確保相應的再現方法是可實施的、能夠在給定的時間內實施、並且受到小的動態誤差的影響。
可以選擇極限階數，使得可以使用相對不太複雜的演算法來獲得優化，而更複雜的演算法可以用於更精細的優化。
根據粗略測量中的函數集來展開捕獲的實際波前W。在粗略測量期間，僅考慮小於極限階數的展開階數。
Zernike多項式就是這種函數集的一個例子。在粗略階數的情況下，特別地，可以考慮在Zernike階數Z 2、Z 3和Z 4處檢測的實際波前W和設計波前W D之間的偏差，也就是說，可以考慮偏差ΔZ 2、ΔZ 3、ΔZ 4。因此，會考慮小於極限階數Z 5的展開階數。
因此，在粗略測量的範圍內，只有低階圖像像差可以被確定並被最小化。對於Z 4分量，物體5可以在z方向上位移，並且可以測量與優化的最佳焦點的距離。x和y方向上的圖像位置可以通過檢測裝置14直接測量，並且可以通過相應的物體位移來校正，特別是在x和y方向上的位移。
借助於Zernike對由位移致動器19引起的絕對物體位移的貢獻的相應敏感度，在該再現方法中有可能在粗略近似的範圍內也推導出各種Zernike展開項的相關係數，例如Z 4的係數。這是在確定粗略致動器位置集合X 1時使用的。
對於精細近似，可以使用從DE102013219524B4中已知的方法。在這種情況下，描述每種情況下計量系統2的光學測量系統的模型，考慮相應的致動器位置集合X i。然後對其應用光學傳遞函數，以便產生類比圖像堆疊，也就是空間圖像，並因此產生類比波前。然後將該模擬波前與為相應的致動器位置集合X i檢測的實際波前W進行比較。這隨後用於確定如何修改致動器位置集合以便引起減小實際波前W和設計波前W D之間的偏差。
在該過程中，可以使用在DE102013219524B4中指定的優化和誤差減少演算法。當推導光學系統的波前時，可以使用相位恢復方法。為了優化差異的確定，可以使用投影方法(誤差減少演算法、Gerchberg-Saxton方法、IFTA方法)和/或傳統的反覆運算優化方法(梯度下降演算法、最小二乘法、阻尼最小二乘法、遺傳搜索法、單純形法、Chambolle-Pock優化法、反向傳播法)和/或直接反演方法(展開的Nijboer Zernike分解法(2010年S. Van Haver的“展開的Nijboer-Zernike衍射理論及其應用”，http://resolver.tudelft.nl/uuid:8d96ba75-24da-4e31-a750-1bc348155061）、基於資料庫的方法、機器學習法）。
以下可以用作函數集展開的基函數：Zernike多項式、Bhatia-Wolf多項式、Bessel函數、拉普拉斯方程的解、正交化且局部分佈的窄指數函數和/或高斯函數(可選地分佈在網格上)、正交化且局部分佈的樣條多項式(可選地分佈在網格上)以及基函數的正交化混合。舉例來說，這種正交化可以使用Gram-Schmidt正交化方法(1968年麥格勞希爾集團(McGraw-Hill)的Korn和Korn的“科學家和工程師的數學手冊（Mathematical Handbook for Scientists and Engineers)”；1992年約翰威立國際出版公司(Wiley-Interscience)的D. Malacar的“光學車間測試(Optical Shop Testing)”；http://de.wikipedia.org/wiki/Schmidtsches_Orthonormalisierungsverfahren)來實施。
“精細測量”步驟和後續的精細近似範圍內的偏差最小化可以反覆運算執行。
當執行該再現方法時，尤其可以使用同構光學測量系統來再現變形光學製造系統的目標波前W T。
圖7示出了在執行該再現方法之前和之後，計量系統2的光學測量系統的狀態概要。
圖7的上欄顯示了調整之前的情況。左上方描繪了在測試結構5完美成像到檢測裝置14的佈置平面中的情況下的光學測量系統。在這種情況下，作為示例，測試結構5以圓形方式示出。在這種情況下，計量系統2的部件處於圖4至6的虛線位置。在圖7的右上方示出了在設定起始致動器位置集合X 0時還未調整的情況。這產生了波前W 0，該波前可以通過檢測裝置14來測量。該波前W 0在圖像位置和範圍上都偏離光學製造系統的目標波前W T，這在檢測平面在像平面26的區域中z位移的情況下會出現。
圖7在左下方又通過測試結構圖像35示出了測試結構的完美圖像表示。
圖7在右下方顯示了調節精細致動器位置集合X 2時的情況。所獲得的波前W 2充分近似地對應於設計波前W D，並且同樣充分近似地對應於成像光學製造系統的目標波前W T。
此外，成像光學製造系統中精細目標波前W 2和設計波前W D之間的偏差、以及精細目標波前W 2和目標波前W T之間的偏差也是作為再現方法的結果而獲知的，因為這些偏差可以基於在再現方法的範圍內提供的規範來計算。
圖8以類似於圖2的圖示示出了計量系統2的另一實施例。上面已經參照圖1至7解釋過的各部件和功能具有相同的圖式標記，並將再次詳細討論。
在根據圖8的計量系統2中，上面結合圖1解釋的用於兩個孔徑光闌8和11a的位移致動器8a和12的致動器位置也包括在該再現方法範圍內使用的致動器位置集合中。
特別地，根據圖8的計量系統2可以用於使用計量系統2的光學測量系統的同構成像光學單元10來再現同構光學製造系統的目標波前W T。通過圖像位置在z方向上的位移而在光學製造系統中實施的波前再現可以通過測試結構5的z位移而在計量系統2中實施。不同的照明設定，也就是在用光學製造系統對微影掩模進行照明時的不同照明方向，可以借助於致動器8a、12、經由可移動的光闌8、11a、通過照明光1的適當照明角度來設置。根據照明角度設定，計量系統2的光學測量系統的光學部件的不同局部區域是有效的。這影響了產生的實際波前。在解開照明角度對實際波前的這種影響時發現，例如，在Zernike展開係數Z 5和Z 6的情況下尤其對照明角度非常敏感，因此當照明角度改變時，預期在這些係數的區域中存在更大的偏差。這些偏差可以通過實施下面描述的再現方法來校正。
在這種情況下，當指定目標波前W T或設計波前W D時，波前根據函數集被展開，該指定僅考慮至少一個選定展開階，例如描述水準-垂直像散的Zernike係數Z 5。
在指定起始致動器位置集合X 0之前並且在確定設計波形W D之前，通過致動器8a和12的設定來指定用於照明測試物體5的照明設定，也就是相應的照明角度分佈。然後，基於該選定的照明設定來指定目標波前W T和設計波前W D。
產生水準-垂直像散的致動器位置集合X i，也就是說對Zernike係數Z 5敏感的位置集合，是基於致動器、特別是致動器30、31對波前W的位置和設計的影響的模擬靈敏度來確定的。在這種情況下，指定的設計波前W D僅由Zernike係數Z 5支配，並且以下適用:W D≠ W T。
然後，設計波前W D被用於執行粗略近似和精細近似，如上面結合圖4至6已經解釋的那樣。在粗略近似期間，存在低Zernike階ΔZ 2、ΔZ 3、ΔZ 4的校正。在精細近似期間，再次校正較高的Zernike階。
圖9顯示了再現方法的流程圖。具有起始致動器位置集合X 0和設計波前W D的處方配方37出現在初始化的範圍內，其包括起始致動器位置集合X 0的指定和設計波前W D的確定。該資訊存儲在中央控制裝置20的記憶體38中。
在粗略近似的範圍內，此時對由距離位置z m給出的每個支撐點39執行以下操作。從起始波前W 0開始，通過執行致動器校正41和隨後的波前測量42，借助於實際波前W的粗略測量40來更新波前資料。粗略近似產生粗略致動器位置集合X 1和粗略目標波前W 1。
此時，精細近似是反覆運算進行的。繼而，這裡所執行的是，從相應的致動器位置集合X i和設計波前W D出發，相應的實際波前的精細測量43，以及在比較步驟44中確定實際波前W和設計波前W D之間的偏差。只要實際波前W和設計波前W D之間的偏差仍然太大，也就是大於給定的公差值，就在校正步驟45的範圍內校正致動器位置集合。然後，這再次作為下一次精細測量43的開始。這一直進行到在比較步驟44中實際波前W和設計波前W D之間的偏差小於給定的公差值。在存儲步驟46中存儲在這種情況下仍然出現的實際波前W 2和設計波前W D之間的偏差，並將其保存在中央控制裝置20中。然後，特別是在函數集展開的情況下，該偏差對於函數集的所有階數都是可用的，也就是說特別是對於所有Zernike階數Z i是可用的。然後，對下一個距離位置z m繼續該過程。
除了物體保持器18的位移驅動器9之外，原則上並且特別是為了校正圖像位置，還可以在執行粗略近似的同時致動計量系統2的光學測量系統的其他致動器，特別是成像光學單元10的致動器。
就該致動器對波前W的影響是線性的而言，已經有可能使用合格的配方X i，也就是說致動器位置集合，以便在借助於計量系統2執行的測量期間保持小的成像偏差。有可能確定當前測量情況和相應致動器位置集合X i的存儲波前之間的差異，並使用該差異來改進配方。
然後，基於例如根據DE102019206651A1的方法，所確定的用於不同距離位置z m的精細致動器位置集合X 2可以用於空間圖像確定。
當校正由掩模或其他光學部件(反射鏡/透鏡元件)變熱引起的光學系統中的熱漂移時(參見，例如US9746784B2)，所使用的位移範圍是幾微米的量級，或者在操縱器的可用行程的個位數百分比範圍內。比例誤差在這裡並不重要，這就是為什麼設置像差的額外限定是不必要的。相比之下，為了模擬變形掃描器的散焦，使用了整個操縱器範圍的高達30%。在配方X i的情況下以這種方式使用的行程比僅補償熱漂移的校正情況下大1到2個數量級，例如在10 m和500 m之間的範圍內。
這種配方X i可以存儲在查閱資料表中，從而可以在每種情況下驗證具有相關擬合波前W的致動器位置集合X i是否已經可用於目標波前的再現。
照明光或成像光                             1 計量系統                                         2 物場                                                3 物平面                                            4 測試結構                                         5 光源                                                6 照明光學單元                                 7 σ孔徑光闌                                       8 位移驅動器                                     8a 光瞳平面                                         9 成像光學單元或投影光學單元      10 入射光瞳                                         11 NA孔徑光闌                                   11a 位移驅動器                                     12 投影光學單元                                 13 空間分辨檢測裝置                         14 像平面                                            15 數位影像處理裝置                         17 保持器                                            18 位移驅動器或致動器                      19 中央控制裝置                                 20 出射光瞳                                         21 投影曝光設備                                 22 製造照明光學單元                         23 掩模母版                                         24 成像製造光學單元                         25 像平面                                            26 入射光瞳                                         27 出射光瞳                                         28 致動器                                            30、31 平移                                                32 測試結構圖像                                 35 處方配方                                         37 記憶體                                            38 粗略測量                                         40 致動器校正                                     41 波前測量                                         42 精細測量                                         43 比較步驟                                         44 校正步驟                                         45 存儲步驟                                         46 反射鏡                                            M1、M2 波前                                                W 設計波前                                         W D目標波前                                         W T起始波前                                         W 0粗略目標波前                                 W 1精細目標波前                                 W 2起始致動器位置集合                      X 0致動器位置設定                             X i粗略致動器位置集合                      X 1精細致動器位置集合                      X 2距離位置                                         z m
下面參照圖式更詳細地解釋本發明的示例性實施例，其中：
圖1示出了用於在使用照明光照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前的計量系統的非常示意性的平面圖，其中觀察方向垂直於入射平面，該計量系統包括用於照明該物體的照明光學單元和具有用於對物體成像的成像光學單元的光學測量系統，並且該照明光學單元和成像光學單元均被非常示意性地表示；
圖2更示意性地示出了根據圖1的計量系統，並且描繪了成像光學單元的像場中的實際波前的xy強度值；
圖3在類似於圖2的圖示中示出了光學製造系統，目的是在像平面的區域中再現其目標波前，並且該目標波前同樣在圖3中示出；
圖4比圖2稍微更詳細地示出了計量系統，並且物體保持器的致動器和成像光學單元的兩個反射鏡的致動器被設置在初始起始致動器位置集合中，此外，由計量系統的成像光學單元的設計波前逼近的、光學製造系統的目標波前（代表設定波前）以及由起始致動器位置集合中的致動器產生的起始波前（作為實際值）均在所示的放大細節中示出；
圖5在類似於圖4的圖示中示出了在執行實際波前粗略地近似設計波前的步驟之後的計量系統，其中計量系統的物體保持器的致動器被移位，使得這產生具有粗略目標波前的粗略致動器位置集合；
圖6在類似於圖4和圖5的圖示中示出了實際波前已經精細地近似設計波前之後的計量系統，其中設置了致動器的精細致動器位置集合；
圖7以表格的形式示出了借助於計量系統的成像光學製造系統的波前再現的效果的並置，其中上方的線示出了不執行粗略和精細近似的近似，下方的線示出了執行粗略和精細近似步驟的再現；
圖8在類似於圖4的圖示中示出了當再現同構光學製造系統的目標波前時的計量系統，其中基於可調節的照明設置額外指定了目標波前和設計波前；
圖9示出了用於使用根據圖1、2、4和8的計量系統的光學測量系統、在用照明光照射物體時再現成像光學製造系統的目標波前的方法的流程圖。
37:處方配方
38:記憶體
40:粗略測量
41:致動器校正
42:波前測量
43:精細測量
44:比較步驟
45:校正步驟
46:存儲步驟
WD:設計波前
W2:精細目標波前
X0:起始致動器位置集合
Xi:致動器位置設定
X1:粗略致動器位置集合

Claims (11)

  1. 一種用於使用光學測量系統(6、7、10)在用照明光(1)照射物體(5)時再現成像光學製造系統(23、24、25)的目標波前(W T)的方法， 該光學測量系統(6、7、10)被設計成將物平面(4)中的物體(5)成像到像平面(15)中的像場中， 該光學測量系統(6、7、10)包括用於保持該物體(5)的物體保持器(18)，該物體保持器能夠借助於至少一個致動器(19)、通過平移來移動， 該光學測量系統(6、7、10)包括至少一個光學部件(M1、M2、8、11a)，該至少一個光學部件(M1、M2、8、11a)能夠借助於至少一個致動器(30、31、8a、12)移動， 該方法包括以下步驟： 指定(37)起始致動器位置集合(X 0)，其中每個致動器(30、31、8a、12)被分配起始致動器位置， 確定近似該目標波前(W T)的預期設計波前(W D)，並且該光學測量系統(6、7、10)產生該預期設計波前(W D)作為設定波前， 在實際設置該起始致動器位置集合(X 0)之後，執行起始波前(W 0)的粗略測量(40)，該光學測量系統(6、7、10)產生該起始波前(W 0)作為實際波前(W)， 通過平移該物體保持器(18)並在相應的物體保持器位置處測量相應產生的實際波前(W)，最小化從該起始波前(W 0)出現的實際波前(W)和該設計波前(W D)之間的偏差，直到在最小波前偏差的情況下，針對粗略致動器位置集合(X 1)獲得粗略目標波前(W 1)， 在實際設置該粗略致動器位置集合(X 1)之後，執行該光學測量系統(6、7、10)產生的、作為實際波前(W)的該粗略目標波前(W 1)的精細測量(43)， 通過移動該至少一個光學部件(M1、M2)並在相應的部件位置監控相應產生的實際波前(W)，最小化從該粗略目標波前(W 1)出現的實際波前(W)和該設計波前(W D)之間的偏差，直到在最小波前偏差的情況下，針對精細致動器位置集合(X 2)獲得精細目標波前(W 2)。
  2. 根據請求項1所述的方法，其中，在該粗略測量(40)期間根據函數集展開波前，在該粗略測量(4)期間僅考慮小於極限階次的展開階次 。
  3. 根據請求項1或2所述的方法，其中，該精細測量(43)和隨後的偏差最小化的步驟是反覆運算執行的。
  4. 根據請求項1至3中任一項所述的方法，其中，當執行該精細測量(43)和隨後的偏差最小化時，執行相位恢復。
  5. 根據請求項1至4中任一項所述的方法，其中，使用同構光學測量系統(6、7、10)來再現變形光學製造系統(23至25)的目標波前(W T)。
  6. 根據請求項1至4中任一項所述的方法，其中，使用同構光學測量系統(6、7、10)來再現同構光學製造系統的目標波前(W T)。
  7. 根據請求項1至6中任一項所述的方法，其中，在指定該目標波前(W T)時根據函數集展開波前，並且在指定該目標波前時僅考慮至少一個選擇的展開階次。
  8. 根據請求項1至7中任一項所述的方法，其中，在指定(37)該起始致動器位置集合(X 0)和確定已經近似目標波前(W T)的設計波前(W D)之前，指定用於通過致動該光學測量系統(6、7、10)的至少一個致動器(8a、12)來照明該物體(5)的照明設置，其中該目標波前(W T)和該設計波前(W D)基於該照明設置來指定。
  9. 一種計量系統(2)，用於執行根據請求項1至8中任一項所述的方法， 包括用於照明該物體(5)的照明光學單元(7)， 包括用於再現該目標波前(W T)的光學測量系統(6、7、10)， 包括物體保持器(18)，該物體保持器(18)具有用於移動該物體保持器(18)的物體保持器致動器(19)， 包括該光學測量系統(6、7、10)的至少一個光學部件(M1、M2、8、11a)，該至少一個光學部件(M1、M2、8、11a)具有用於移動該光學部件(M1、M2、8、11a)的部件致動器(30、31、8a、12)， 包括用於波前測量的空間分辨檢測裝置(14)，該空間分辨檢測裝置(14)佈置在該光學測量系統(6、7、10)的像平面(15)的區域中， 包括通過信號連接到該致動器(30、31、8a、12、19)的中央開環/閉環控制裝置(20)。
  10. 根據請求項9所述的計量系統，包含， 光源(6)，用於產生該照明光(1)。
  11. 根據請求項9或10所述的計量系統，包含， 致動器(8a、12)，用於指定用於照明該物體(5)的照明設置。
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