TWI658265B - 全反射性晶圓缺陷檢查及評核系統及方法 - Google Patents

全反射性晶圓缺陷檢查及評核系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於將自一目標基板反射之一紅外至真空紫外(VUV)光反射朝向一感測器之方法及設備。該系統包含：一第一鏡，其經配置以接收且反射自該目標基板反射之該紅外至VUV光；及一第二鏡，其經配置以接收且反射由該第一鏡反射之紅外至VUV光。該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至VUV光反射朝向該設備之一光軸。在另一實施例中，該設備亦可包含：一第三鏡，其經配置以接收且反射由該第二鏡反射之該紅外至VUV光；及一第四鏡，其經配置以接收由該第三鏡反射之此照明光，且將其反射朝向該感測器。在又一實施例中，使用一反射或折射光學器件，將藉由上述光學器件之影像中繼至該感測器；藉由調整該中間影像與該中繼光學器件之間的距離來達成各種放大率。

Description

全反射性晶圓缺陷檢查及評核系統及方法 相關申請案之交叉參考
本申請案主張以下先前申請案之權利：(i)Shiyu Zhang等人於2015年3月4日申請之美國臨時申請案第62/128,465號，(ii)Shiyu Zhang等人於2015年3月4日申請之美國臨時申請案第62/127,827號，及(iii)Shiyu Zhang等人於2015年5月20日申請之美國臨時申請案第62/163,979號，該等申請案之全文為全部目的而以引用的方式併入本文中。
本發明大體上係關於晶圓檢查之領域。更特定言之，本發明係關於用於檢查在紅外下至真空UV(VUV)帶之光譜帶或甚至更深光譜帶下之晶圓之全反射性系統。
一般而言，半導體製造產業涉及用於使用經分層且經圖案化至一基板(諸如矽)上之半導體材料製造積體電路之高度複雜技術。一積體電路通常由複數個主光罩製造。主光罩之產生及此等主光罩之後續光學檢查已變為半導體生產中之標準步驟。最初，電路設計者將描述一特定積體電路(IC)設計之電路圖案資料提供給一主光罩生產系統或主光罩寫入器。
歸因於電路整合之大規模及半導體裝置減小的大小，主光罩及 所製造裝置變得對缺陷愈來愈靈敏。即，引起裝置中之故障之缺陷變得愈來愈小。在運送給終端使用者或顧客之前，裝置一般可需要無故障。
持續需要經改良檢查系統及特定言之在一非常低波長(諸如自紅外下至真空紫外(VUV))下之經改良檢查系統。
以下呈現本發明之一簡要概述以提供對本發明之某些實施例之一基本理解。本概述並非本發明之一廣泛綜述且並未識別本發明之關鍵/重要元件或劃界本發明之範疇。其唯一目的在於以一簡化形式呈現本文中揭示之某些概念作為稍後呈現之更詳細描述之一序言。
在一項實施例中，揭示一種用於將自一目標基板反射之照明光反射朝向一感測器之設備。該設備包含：一照明源，其用於產生照明一目標基板之紅外至真空UV光譜帶光；及物鏡光學器件，其用於回應於照明該目標基板之該經產生紅外至真空UV光譜帶光而接收且反射自該目標基板反射之紅外至真空UV光譜光。該設備進一步包含一感測器，該感測器用於偵測由該物鏡光學器件反射之紅外至真空UV光譜光，且該物鏡光學器件包括：(i)一第一鏡，其經配置以接收且反射自該目標基板反射之紅外至真空UV光譜光；(ii)一第二鏡，其經配置以接收且反射由該第一鏡反射之紅外至真空UV光譜光，其中該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至真空UV光譜光反射朝向該設備之一光軸；(iii)一第三鏡，其經配置以接收且反射由該第二鏡反射之紅外至真空UV光譜光；及(iv)一第四鏡，其經配置以接收由該第三鏡反射之紅外至真空UV光譜光且將其反射朝向該感測器。
在一特定實施方案中，該第一鏡及該第二鏡之至少一者係非球面的，以減小對該第四鏡之一中心遮攔。在一態樣中，該第一鏡係球 面的，且該第二鏡、該第三鏡及該第四鏡係非球面的。在又一態樣中，該第一鏡及該第三鏡係凹的，且該第二鏡及該第四鏡係凸的。在另一態樣中，該第一鏡及該第二鏡係球面的，且該第三鏡及該第四鏡係非球面的；該第一鏡、該第三鏡及該第四鏡係凹的，且該第二鏡係凸的。在另一實例中，該第一鏡、該第二鏡、該第三鏡及該第四鏡係非球面的；該第一鏡、該第三鏡及該第四鏡係凹的，且該第二鏡係凸的。在一特定實施方案中，自該目標基板至一影像感測器之間之一放大率介於2X與1500X之間。在另一態樣中，自該目標基板至中間影像之間之一放大率介於2X與1500X之間。
在另一實施方案中，該第四鏡之大小經最小化以限制一後焦距。在另一態樣中，該設備包含一或多個折疊鏡，該一或多個折疊鏡用以接收自該第四鏡反射之光且將一中間影像中繼至該感測器上以最小化該設備之佔據面積。在一實例中，該一或多個折疊鏡包括一單一中繼鏡，且該設備進一步包括一定位機構，該定位機構用於移動該中繼鏡以使一中間影像與該中繼器之間之一距離變化且改變一放大率。在另一實例中，該一或多個折疊鏡包括具有不同焦長之多個中繼鏡，且該設備進一步包括一定位機構，該定位機構用於在該等中繼鏡之不同中繼鏡中切換以使一中間影像與該中繼器之間之一距離變化且改變一放大率。在另一實施例中，該第二鏡與該第四鏡之間之一間隙具有照明及/或自動聚焦插入至其中之一大小。在另一態樣中，該第二鏡與該第三鏡之間之紅外至VUV光係近準直的。
在一替代實施例中，該設備包含：一照明源，其用於產生照明一目標基板之紅外至VUV光；及物鏡光學器件，其用於回應於照明該目標基板之該經產生紅外至VUV光譜帶光而接收且反射自該目標基板反射之紅外至VUV光。此設備亦包含一感測器，該感測器用於偵測由該物鏡光學器件反射之紅外至VUV光，且該物鏡光學器件包括：(i)一 第一鏡，其經配置以接收且反射自該目標基板反射之紅外至VUV光；及(ii)一第二鏡，其經配置以接收由該第一鏡反射之紅外至VUV光且將其反射朝向該感測器。該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至VUV光反射朝向該設備之一光軸。
下文參考圖進一步描述本發明之此等及其他態樣。
100‧‧‧設備
102‧‧‧照明源/光源
104‧‧‧照明鏡/光學器件
106‧‧‧目標基板/鏡/目標
107‧‧‧基板固持器
108‧‧‧物鏡光學器件
110‧‧‧感測器
112‧‧‧資料處理系統/控制器
122‧‧‧光束
124‧‧‧入射光束
126‧‧‧輸出光
128‧‧‧輸出光之投影
202‧‧‧M1鏡
204‧‧‧M2鏡
206‧‧‧M3鏡
208‧‧‧M4鏡
402‧‧‧鏡M1
404‧‧‧鏡M2
406‧‧‧鏡M3
408‧‧‧鏡M4
502‧‧‧鏡M1
504‧‧‧鏡M2
602‧‧‧鏡M1/M1鏡
604‧‧‧鏡M2/第二M2鏡
606‧‧‧鏡M3/M3鏡
608‧‧‧凸面非球面鏡M4/M4鏡
609‧‧‧鏡M1之開口
610‧‧‧鏡M4之開口
612‧‧‧鏡M3之開口
616‧‧‧光軸
618‧‧‧目標平面
802‧‧‧M1鏡
804‧‧‧M2鏡
806‧‧‧M3鏡
808‧‧‧M4鏡
902‧‧‧鏡M1
904‧‧‧鏡M2
1002‧‧‧鏡M1
1004‧‧‧鏡M2
1006‧‧‧鏡M3/中繼器/M3鏡
1008‧‧‧影像偵測器
1104‧‧‧M2鏡/M2
1106‧‧‧M3
1108‧‧‧M4鏡
1110‧‧‧光束分離器
1112‧‧‧照明及/或自動聚焦(AF)模組
圖1係根據本發明之一項實施例之一檢查設備之一圖解表示。
圖2係一例示性物鏡光學器件設計形式之一鏡分佈之一光線圖。
圖3係具有另一設計形式之物鏡光學器件之一鏡分佈之一光線圖。
圖4係物鏡光學器件之一例示性四鏡分佈之一光線圖。
圖5係一史瓦西(Schwartzchild)物鏡光學器件之另一例示性兩鏡分佈之一光線圖。
圖6A及圖6B繪示根據本發明之一特定第一實施例之一4鏡設計。
圖7A及圖7B繪示根據本發明之一第二實施例之另一4鏡設計。
圖8A及圖8B繪示根據本發明之一第三實施例之另一4鏡設計。
圖9A及圖9B繪示根據本發明之一替代實施方案之一史瓦西設計之一圖解表示。
圖10A及圖10B展示其中形成一完美中間影像之兩鏡史瓦西型設計之一替代實施例及將此完美中間影像中繼至影像偵測器上之一凹鏡。
圖11A及圖11B展示根據本發明之另一實施例之具有照明及/或自動聚焦插入之一4鏡設計。
在以下描述中，闡述許多具體細節以提供對本發明之一透徹理解。可在無一些或全部此等具體細節的情況下實踐本發明。在其他例 項中，未詳細描述熟知組件或程序操作以免不必要地使本發明不清楚。雖然將結合特定實施例來描述本發明，但將瞭解，並不意欲將本發明限制於該等實施例。
經設計以用於具有在13nm波長光附近之操作之缺陷或圖案評核應用的一些紅外至VUV顯微鏡物鏡(具有經多層塗佈或簡單經金屬塗佈之鏡)係基於四非球面鏡設計。非球面之製造及測試可為困難的且昂貴的，此係因為與球面鏡相比，其等需要更多程序步驟，此增加製造成本。另外，設計增加最接近晶圓之鏡的可製造性且達成足夠大以實現將照明或自動聚焦引入至目標而同時最小化檢查工具之總佔據面積及成本之一物鏡將為有益的。
圖1係根據本發明之一項實施例之一檢查設備之一示意圖。設備100包含一紅外至VUV照明源102、一照明鏡(或透鏡系統)104、一目標基板106、一基板固持器107、物鏡光學器件108、一感測器(偵測器)110，及一資料處理系統112。
照明源102可包括(例如)輸出一光束122之一雷射誘發電漿源。在一項實施例中，光在約13.5nm之一波長下。照明鏡104(或透鏡系統)反射且引導光，使得一入射光束124照明目標基板106。在本發明之一項實施例中，目標基板106係正被檢查中之一半導體晶圓。可藉由可控制地平移基板固持器107使得檢查設備之視野(FOV)覆蓋待檢查之基板上的區域而在光束124下掃描目標基板106。
輸出光126自目標基板106反射至反射性物鏡光學器件108。下文關於圖2至圖11B來詳細描述物鏡光學器件108之某些實施例。
物鏡光學器件108將輸出光之一投影128輸出至感測器110上。適合的感測器包含電荷耦合裝置(CCD)、CCD陣列、時間延遲積分(TDI)感測器、TDI感測器陣列、光電倍增管(PMT)，及其他感測器。
可藉由一資料處理系統112或更一般而言藉由一信號處理裝置處 理由感測器110擷取之信號，該信號處理裝置可包含經組態以將來自感測器110之類比信號轉換成數位信號以進行處理之一類比轉數位轉換器。資料處理系統112可經組態以分析所感測光束之強度、相位及/或其他特性。資料處理系統112可經組態(例如，運用程式化指令)以提供一使用者介面(例如，在一電腦螢幕上)以顯示所得測試影像及其他檢查特性。資料處理系統112亦可包含一或多個輸入裝置(例如，一鍵盤、滑鼠、搖桿)以提供使用者輸入，諸如改變偵測臨限值。在某些實施例中，資料處理系統112亦可經組態以實行檢查技術。資料處理系統112通常具有經由適當匯流排或其他通信機構耦合至輸入/輸出埠及一或多個記憶體之一或多個處理器。
根據一項實施例，資料處理系統112可處理且分析經偵測資料以進行檢查及缺陷偵測。例如，處理系統112可經組態以執行以下操作：產生一樣本之測試光強度影像，包含一測試透射影像及/或一測試反射影像；及基於一參考影像(來自一經成像樣本或來自一設計資料庫)分析測試光強度影像以識別缺陷。
因為此資訊及程式指令可實施於一經特殊組態之電腦系統上，所以此一系統包含用於執行本文中描述之各種操作之可儲存於一電腦可讀媒體上之程式指令/電腦程式碼。機器可讀媒體之實例包含但不限於磁性媒體，諸如硬碟、軟碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM光碟；磁光媒體，諸如光碟；及經特殊組態以儲存且執行程式指令之硬體裝置，諸如唯讀記憶體裝置(ROM)及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含諸如由一編譯器產生之機器碼及含有可由電腦使用一解譯器執行之較高階程式碼之檔案兩者。
圖2係一例示性物鏡光學器件設計之一鏡分佈之一光線圖。在此實例中，M1、M2、M3及M4鏡(202、204、206及208)經配置使得輸出光依序自M1、M2、M3及M4鏡(分別為202、204、206及208)反射。
圖3係一替代物鏡光學器件設計形式之一鏡分佈之一光線圖。
為最小化中心遮攔同時增加最接近晶圓平面之鏡(例如，如圖2中所指示之「M2」)的可製造性，有益地使M2彎曲遠離晶圓。然而，一般認為，為使鏡M2彎曲遠離晶圓，將產生一彎曲影像。接著，彎曲影像通常需要一影像中繼器以校正場曲率，此亦增加系統中元件的數目，而降低系統處理量且增加擁有系統的成本。
圖4係物鏡光學器件之一例示性四鏡分佈之一光線圖。此系統利用四個非球面鏡M1、M2、M3及M4(402、404、406及408)以在一大視野內達成一相當良好的效能。為最小化此設計中的中心遮攔，即使最接近晶圓平面之鏡(M2)被有意地塑形為一弓形以增加基板厚度，此鏡仍需要相當薄。此鏡M2之鏡直徑對基板厚度寬高比亦需要非常高，這使製造非常困難且昂貴。另外，對於一合理大小的鏡M2(例如，直徑為約300mm)，難以具有大於1.0mm之一工作距離。
在某些其他實施方案中，如圖5中所展示般組態與使用一非常有趣的史瓦西物鏡。此物鏡利用一凹非球面鏡M1(502)及一凸球面鏡M2(504)以達成具有0.82或更大之一斯特列爾比(Strehl Ratio，S.R.)之一大致40um的FOV(視野)。
此設計係非直覺的，因為光線NA從大變為甚至更大；而通常對於一高NA(數值孔徑)系統，期望逐漸減小系統之NA。史瓦西型物鏡之一缺點在於NA在較小鏡(例如，M4 408)上增加，而使對準容限非常緊。
然而，此種設置具有一極長工作距離，此消除製造如圖2至圖4中之一薄M2鏡的需要。另外，在大工作距離的情況下，照明及自動聚焦亦可穿過鏡之側或在M2下方進入系統。據信，此設計組態之優點勝過缺點。
運用史瓦西物鏡來取代M1/M2物鏡頭(如同圖2至圖4中之四鏡設 計中之物鏡頭)亦將為有益的。
圖6A及圖6B繪示根據本發明之一第一實施例之一4鏡設計。圖6A展示一更詳細光線分佈，而圖6B僅為繪示目的展示一簡化兩光線實例。自晶圓表面，存在一第一凹球面鏡M1(602)、一凸非球面鏡M2(604)、一凹非球面鏡M3(606)，及一凸非球面鏡M4(608)。此及某些其他發明組態之一特徵在於：與遠離目標平面618相比，M1鏡經配置以使光線更加彎曲而朝向光軸(例如，616)，即增加鏡M2(604)上之光線入射角。鏡M1(602)不一定為一球面鏡(其可為非球面的)，而鏡M2(604)、M3(606)及/或鏡M4(608)可為球面鏡。
一中間影像經形成於M2與M3之間，且大致在M4之實體位置處。在M1與M2之間，此兩個鏡之至少一者構造為非球面鏡，以減小對M4之中心遮攔。在所展示之此特定設計實例中，M2及M3以及M4係非球面的。
M4之大小嚴重影響系統之總長度(OAL)。總大小將大致為： ，其中Dia M4 係M4之直徑，Mag係系統之放大率，且NA係物件處之數值孔徑。
期望減小各鏡(尤其最接近偵測器(或TDI)之鏡，在此情況中為M4)之大小，同時保持一廣範圍或可接受範圍之放大率。然而，一小非球面鏡通常難以製造。另外，由於一小鏡將吸收大量熱量，故熱管理亦可為一挑戰。在某些實施例中，對於在2X至1500X之範圍內之一放大率，M4鏡具有大於或等於約20mm之一直徑。對於此特定設計實例，將M4之直徑(Dia_M4)選取為20mm，而具有600X之一系統放大率及0.9 NA之一系統BA。運用此等規格，OAL(總長度)可超過10米。應注意，系統係可擴縮的，且鏡大小可經最佳化以使其等更容易製造且測試。亦可藉由軸向地調整四個鏡之一或多者來改變放大率。 例如，控制器112可包含一定位機構以移動任何實施例之系統鏡中之任一者。
表1中列出對圖6A及圖6B之物鏡之透鏡描述。視野(FOV)係約100um。
4鏡實施例亦可具有以下特性，如表2中所繪示：
對於本文中描述之表，應注意，一正半徑指示曲率中心在光學表面之右側，而一負半徑指示曲率中心在左側(例如，朝向物件)。尺寸係以毫米為單位給出(惟明確註明之處除外)且厚度係距下一表面之 軸向距離。
在本文中描述之某些物鏡系統實施例中，鏡之至少一者係非球面的(即，圖6A之M2、M3及M4鏡)。一非球面之形式可由以下方程式_1(Equation_1)表示：
其中：z係表面垂度(surface sag)；c係表面極點處之曲率(CUY)；且k係二次曲線常數(K)。A、B、C、D、E、F、G、H及J分別為第4、第6、第8、第10、第12、第14、第16、第18及第20階變形係數。r係徑向距 離=。
對於圖6A之設計，可針對M2、M3及M4鏡之非球面常數使用以下值，如下文在表3中列出：
大鏡之直徑較佳小於250mm之直徑。較大鏡通常將花費較長時間製造且花費較多空間及時間塗佈。然而，極小非球面鏡亦難以製成。
如所展示，鏡M1、M3及M4具有自至少另一鏡反射之光可通過之中心開口。例如，鏡M4具有自鏡M2(604)反射之光通過其之一開 口610。鏡M3(606)具有自鏡M4(608)反射之光通過其之開口612。鏡M1具有自鏡M2反射之光通過過其之開口609。
各開口亦可放置於自至少一前述鏡、所關注物件或另一物件反射之光之一經遮攔位置處。如所展示，第二M2鏡(604)亦從來自目標之射入光部分遮攔M1鏡(602)。換言之，M1鏡602之區域之部分由M2鏡604阻擋以防接收到自目標基板106反射之光126。此外，由M2鏡(604)反射之光通過鏡M1之開口609以到達M3鏡(606)，該M3鏡(606)將此光反射朝向M4鏡(608)，該M4鏡(608)將光反射朝向感測器110。
圖6A及圖6B之系統亦包含定位於鏡M1處之一光闌(stop)630。
NA規格可由對一特定節點之靈敏度要求判定。通常，NA愈高，系統效能愈佳。然而，NA可縮小至一較小值。在某些實施例中，物鏡光學器件之NA經選擇而具有係0.3至0.99 NA之一範圍。對於圖6A至圖6B之物鏡光學器件之此實施方案，NA係0.9，且放大率係600X。然而，對於替代實施例，NA可更大。放大率規格可取決於檢查系統中所實施之感測器類型之像素大小。在具有0.3至0.95之範圍內之一NA之另一實施例中，放大率具有10至1500之一範圍。
視野規格通常經選擇以達成相對較短的檢查時間。在某些實施方案中，由物鏡達成之視野之線性大小係至少40微米(μm)且更明確而言線性尺寸係至少600μm。例如，視野可介於40μm與600μm之間。對於圖6A及圖6B之實施例，視野之大小可為100微米。
工作距離係目標基板106與最近之光學元件(通常為鏡M2 604)之間之距離。然而，在此情況中，最近之光學元件係M1鏡602，此係因為將此鏡602推離鏡106以減小中心遮攔。一工作距離經選擇以提供足夠空間以照明目標基板106且安裝最近之光學元件(例如，M1鏡602)。在一般實例中，工作距離係至少10毫米(mm)。在圖6A及圖6B之所繪示實施例中，距彎曲表面之工作距離遠大於20mm，使得甚至在此之 後為M1之合理基板厚度及其安裝硬體留下空間。
總光程(total track)可定義為自目標基板106至感測器110之距離。一般而言，總光程大小受限於待放置工具之可用無塵室空間。在此特定實施例中，總光程係約7620mm，此意謂光束路徑之折疊可為必要的。期望最小化折疊之數目以減小對系統光預算之影響。
圖7A及圖7B繪示根據本發明之一第二實施例之另一4鏡設計。自晶圓表面，存在一第一凹球面鏡M1、一凸球面鏡M2、一凹非球面鏡M3及一凹非球面鏡M4。代替使一中間影像形成於M2與M3之間，中間影像形成於M3與M4之間。與圖6A及圖6B中之設計相比，M2上之光線角之彎曲較不嚴重，而使M2之偏心及傾斜靈敏度較不靈敏。FOV可大於圖6A及圖6B之FOV。M1及M2可為球面鏡，而使系統製造更廉價。通常控制M4之大小以控制中心遮攔。FOV係約160um。
下文在表4至表6中列出此4鏡設計2之透鏡資料。M3及M4係q型非球面。
此第二替代4鏡實施例亦可具有以下特性，如表5中所繪示：
在圖7A及圖7B中，可針對M3及M4鏡之非球面常數使用以下值，如下文在表6中列出。設計者可希望明確控制一表面之軸截距及軸曲率同時亦能夠精確表示一二次曲線。Q表面類型遵循方程式2：
其中z係表面垂度，且係半徑對此表面上之最大半徑之比。對於Q表面類型之詳細定義，請參閱如出版於Optics Express(Opt.Exp.15，5218-5226，2007年)中之由Dr.Forbes撰寫之一論文。
圖7A及圖7B中展示之設計中之M1及M2鏡係球面鏡，且其等可為非球面的以增強系統效能，使得可達成一遠更大的FOV。圖8A及圖8B中繪示所得第三設計實施例，且下文在表7至表9中列出透鏡資料。即，M1鏡及M2鏡(802及804)以及M3鏡及M4鏡(806及808)係非球面的。在此實例中，FOV可大達600um。
此替代4鏡實施例亦可具有以下特性，如表8中所繪示：
在圖8A及圖8B中，可針對M1、M2、M3及M4鏡之非球面常數使用以下值，如下文在表9中列出：
亦可組態一個兩鏡史瓦西設計。圖9A及圖9B繪示根據本發明之一項實施例之一史瓦西設計之一圖解表示。如所展示，此設計包括一凹非球面鏡M1(902)及一凸非球面鏡M2(904)。為使系統之NA增加至0.9同時增加FOV，兩個鏡皆為非球面的。中心遮攔限於一非常合理的0.22 NA。與先前三個設計相比，FOV係80um，略小。然而，圖9A及圖9B之設計利用僅兩個鏡以提供一更低成本之物鏡。在此特定設計中，M2之大小係直徑為20mm，且M1之大小係約232mm。
在表10中列出圖9A及圖9B中之設計之透鏡清單。
此替代2鏡實施例亦可具有以下特性，如表11中所繪示：
在圖9A及圖9B中，可針對M1及M2鏡之非球面常數使用以下值，如下文在表12中列出：
圖6A至圖9B中之設計具有相對較長的後焦距。可使用光之一或多個折疊以將系統佔據面積限制於一合理體積內。圖10A及圖10B展示其中藉由兩個鏡M1及M2(1002及1004)物鏡形成一完美影像或所謂的繞射限制中間影像之兩鏡史瓦西型設計之一變動。在此設計中，一凹鏡M3(1006)經定位以將完美中間影像中繼至影像偵測器(1008)上，該影像偵測器(1008)可為例如一TDI或任何其他類型之感測器。
在更特定實施例中，自目標至中間影像之第一階之放大範圍介於約2X與1500X之間。在其他實施例中，此放大範圍介於約10X與200X之間。中間影像處之放大率可為非常大的，諸如25X至50X或甚至更大，使得中間影像之NA相對較小。例如，對於一50X物鏡，中間影像處之NA將為0.018 NA。對於此一小NA，若與中間影像之大小相比，中繼鏡之有效焦長係大的，則中繼器(1006)可被視為一完美中繼器，使得自中間影像至最終影像感測器(1008)將未引入影像降級。另外，因為與中繼器(1006)之焦長相比之低NA及相對較小影像高度，製造容限及整合容限將極其鬆弛。
下文在表13中列出圖10A及圖10B中之設計之透鏡描述。在此設計實例中，將中間影像平面處之放大率選定為50X。
如先前論述，最後鏡(在兩鏡設計中為M2且在四鏡設計中為M4)之大小通常經最小化以限制後焦距，此主導總系統佔據面積。運用具有影像中繼之設計之一優點在於緩解在中間影像之前最小化最後鏡之大小之要求。小鏡(相應地為M2或M4)之大小可位更大，以更具可製造性且減小此鏡上之加熱負荷。
藉由使中間影像與影像中繼鏡之間之距離變化，可例如經由控制器112而達成不同放大率。唯一缺點在於，為最佳聚焦將必須移動感測器位置。在一些情況中，感測器(如同TDI感測器)在全部佈線及電纜經連接之情況下係笨重的。一單一鏡可起到達成全部必須放大率之目的。為最小化影像感測器之移動範圍，可利用具有不同有效焦長之多個中繼鏡。鬆弛整合容限使可在不同組之鏡中繼器中切換。
此中繼器不限於一單一鏡，其可由一單一透鏡或多個透鏡取代。在一些情況中，可利用多個鏡以使影像平面靜止。
下文在表13中列出圖10A及圖10B中之設計之透鏡清單。元件3係完美中間影像所定位之處。
具有一中繼器之此替代2鏡實施例亦可具有以下特性，如表14中所繪示：
在圖10A及圖10B中，可針對M1及M2鏡之非球面常數使用以下值，如下文在表15中列出：
在上文表13中，元件4對應於傾斜約3度之M3鏡(1006)。
類似於兩鏡史瓦西物鏡，如圖6A至圖8B中之全部四鏡設計可利用相同原理以藉由使用一低NA影像中繼器來將一「完美」中間影像中繼至影像感測器上。
具有具相對較小NA之一或多個中繼器之系統之另一巨大優點係自動聚焦及照明系統設計之設計與實施之簡單性。藉由選取可最佳化為一完美影像之中間影像處之正確NA，藉由將FS(場光闌)直接放置於中間影像之共軛處，可消除場光闌與成像物鏡之間之全部額外透鏡及光學器件，同時可自動達成自場光闌至晶圓之一完美中繼。具有0.0006至0.45之一範圍之一NA將起作用；0.0045至0.09之一較佳範圍良好運作。
類似於成像路徑，因為系統介面處之低NA，自動聚焦及照明路徑之對準將極其容易。
對於四鏡設計，可增加M2(例如，1004)與M4(例如，1008)之間之間隙以容許將照明及/或自動聚焦插入至物鏡M1/M2總成中。圖11A及圖11B繪示此一系統，該系統具有一增加的間隙及自動聚焦插入點以經由插入一光束分離器(1110)或類似物而將一照明及/或自動聚焦(AF)模組(1112)插入於M2鏡(1104)與M4鏡(1108)之間。一照明模組之一實例包含一光源(例如，102)及用於將一或多個入射光束引導朝向目標106之光學器件(例如，104)。
有時期望使M2(1104)與M3(1106)之間之光接近準直以減小照明路徑之複雜性，如圖11A及圖11B所展示。在此設計實例中，將放大率選取為50X。
在表16至圖18中列出圖11A及圖11B實施例之透鏡描述。
具有一中繼器之此替代2鏡實施例亦可具有以下特性，如表14中所繪示：
在圖11A及圖11B中，可針對4鏡之非球面常數使用表18中之以下值：
在上文表16中，元件3對應於光束分離器(1110)，其傾斜成45度，但此角可為任何角，只要不存在光線介面。
全部四個稍後光學設計皆具有極長工作距離且可容易多於20mm，此遠大於最先呈現之4鏡設計。接近晶圓平面之鏡(鏡M2)之可製造性亦極大地增強。運用一厚基板，用於冷卻光學器件之當前唯一選項係空氣冷卻。另外，長工作距離可實現自M1之側或甚至在M1下方引入照明。
本發明之某些實施例亦可包含在系統中引入一低NA中間影像，且使用一單一元件中繼器將中間影像中繼至感測器上。一中間影像可設計為繞射限制，此係因為中繼器處之NA相對較小，且中繼器之相差可對總體系統中繼具有一最小貢獻。藉由調整中繼鏡與中間影像之間之間距，可組態一連續變焦中繼。此中繼亦消除對最小化最後成像鏡之大小之需要，而使較小鏡之冷卻及製造更為可行。另外，使用一電動折疊鏡(例如，1006)可使總系統佔據面積相當小。
藉由引入中間影像，歸因於中間影像處之較低NA，AF及照明光學器件亦可遠更容易地製造且對準。藉由此概念之實施可容易達成繞射限制效能。
表達為光瞳面積之一分率，小於20%至25%之遮攔分率較佳。通常透過藉由第二鏡(或如上文描述之M2)阻擋或遮蔽自目標反射之光而產生4鏡設計中之遮攔。最小化M2之反射表面及周邊支撐件兩者之大 小將最小化遮攔。M2之結構支撐件之設計提供足夠剛性，使得環境干擾或振動不驅使或導致M2位置之動態擾動，且因此不驅使或導致影像品質透過模糊而降級。
由於用單層或多層塗佈用於紅外至VUV光之鏡以達到適當反射率，故亦考慮高度彎曲元件之任一者上之入射角範圍，且其限制在單層或多層沈積程序技術之極限內。
儘管已為清楚理解之目的而詳細描述前述發明，然將明白，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及設備之許多替代方式。例如，在用於成像來自除晶圓之外之任何物件(諸如主光罩等)之紅外至VUV光之任何適合系統中可利用上文描述之物鏡系統實施例。因此，本實施例應被視為闡釋性的且非限制性的，且本發明不限於本文中給出之細節。

Claims (22)

  1. 一種用於將自一目標基板反射之一照明光反射朝向一感測器之設備，該設備包括：一照明源，用於產生照明一目標基板之紅外至真空UV光譜帶光；物鏡光學器件，用於回應於照明該目標基板之該經產生紅外至真空UV光譜帶光而接收與反射自該目標基板反射之紅外至真空UV光譜光；及一感測器，用於偵測由該物鏡光學器件反射之紅外至真空UV光譜光，其中該物鏡光學器件包括一第一鏡，其經配置以接收與反射自該目標基板反射之紅外至真空UV光譜光，一第二鏡，其經配置以接收與反射由該第一鏡反射之紅外至真空UV光譜光，其中該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至真空UV光譜光反射朝向該設備之一光軸，其中經接收於該第二鏡處之經反射之該紅外至真空UV光譜光之數值孔徑(numerical aperture(NA))比經接收於該第一鏡處之經反射之該紅外至真空UV光譜光之數值孔徑更大，以導致該物鏡光學器件之一工作距離大於10mm，一第三鏡，其經配置以接收與反射由該第二鏡反射之紅外至真空UV光譜光，其中該第一鏡及該第二鏡經配置以形成介於該第二鏡及該第三鏡之間之一中間影像，及一第四鏡，其經配置以接收由該第三鏡反射之紅外至真空UV光譜光，且將其反射朝向該感測器。
  2. 如請求項1之設備，其中該目標基板係一半導體晶圓。
  3. 如請求項1之設備，其中該第一鏡及該第二鏡之至少一者係非球面的，以減小對該第四鏡之一中心遮攔。
  4. 如請求項1之設備，其中該第一鏡係球面的，且該第二鏡、該第三鏡及該第四鏡係非球面的。
  5. 如請求項4之設備，其中該第一鏡及該第三鏡係凹的，且該第二鏡及該第四鏡係凸的。
  6. 如請求項1之設備，其中該第一鏡及該第二鏡係球面的，且該第三鏡及該第四鏡係非球面的，且其中該第一鏡、該第三鏡及該第四鏡係凹的，且該第二鏡係凸的。
  7. 如請求項1之設備，其中該第一鏡、該第二鏡、該第三鏡及該第四鏡係非球面的，且其中該第一鏡、該第三鏡及該第四鏡係凹的，且該第二鏡係凸的。
  8. 如請求項1之設備，其中自該目標基板至一影像感測器之間之一放大率係介於2X與1500X之間。
  9. 如請求項1之設備，其中自該目標基板至中間影像之間之一放大率係介於2X與1500X之間。
  10. 如請求項1之設備，其中該第四鏡之大小經最小化以限制一後焦距。
  11. 如請求項1之設備，進一步包括一或多個折疊鏡以接收自該第四鏡反射之光，且將一中間影像中繼至該感測器上，以最小化該設備之佔據面積。
  12. 如請求項11之設備，其中該一或多個折疊鏡包括一中繼鏡，且其中該設備進一步包括一定位機構，用於移動該中繼鏡以使一中間影像與該中繼器之間之一距離變化，且改變一放大率。
  13. 如請求項11之設備，其中該一或多個折疊鏡包括具有不同焦長之多個中繼鏡，且其中該設備進一步包括一定位機構，用於在該等中繼鏡之不同中繼鏡中切換以使一中間影像與該中繼器之間之一距離變化，且改變一放大率。
  14. 如請求項1之設備，其中該第二鏡與該第四鏡之間之一間隙具有照明及/或自動聚焦經插入至其中之一大小。
  15. 如請求項14之設備，其中該第二鏡與該第三鏡之間之紅外至VUV光係近準直的。
  16. 一種用於回應於照明一目標基板之紅外至真空紫外(VUV)光而反射自該目標基板反射之紅外至VUV光譜帶光的物鏡光學器件系統，該系統包括：一第一鏡，其經配置以接收與反射自該目標基板反射之紅外至VUV光，一第二鏡，其經配置以接收與反射由該第一鏡反射之VUV光，其中該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至VUV光反射朝向該設備之一光軸，其中經接收於該第二鏡處之經反射之該紅外至真空UV光譜光之數值孔徑(numerical aperture(NA))比經接收於該第一鏡處之經反射之該紅外至真空UV光譜光之數值孔徑更大，以導致該物鏡光學器件之一工作距離大於10mm，一第三鏡，其經配置以接收與反射由該第二鏡反射之紅外至VUV光，其中該第一鏡及該第二鏡經配置以形成介於該第二鏡及該第三鏡之間之一中間影像，及一第四鏡，其經配置以接收由該第三鏡反射之該紅外至VUV光，且將其反射朝向該感測器。
  17. 一種用於將自一目標基板反射之紅外至真空紫外(VUV)光反射朝向一感測器之設備，該設備包括：一照明源，用於產生照明一目標基板之紅外至VUV光；物鏡光學器件，用於回應於照明該目標基板之該經產生紅外至VUV光譜帶光而接收與反射自該目標基板反射之紅外至VUV光；及一感測器，用於偵測由該物鏡光學器件反射之紅外至VUV光，其中該物鏡光學器件包括一第一鏡，其經配置以接收與反射自該目標基板反射之紅外至VUV光，及一第二鏡，其經配置以接收由該第一鏡反射之紅外至VUV光且將其反射朝向該感測器，其中該第一鏡及該第二鏡經配置且經塑形以將來自該目標基板之紅外至VUV光反射朝向該設備之一光軸，其中與該第一鏡上相比，該第二鏡上之光線數值孔徑(NA)增加，以導致該物鏡光學器件之一工作距離大於10mm。
  18. 如請求項17之設備，其中該第一鏡係一凹球面鏡且該第二鏡係一凸球面鏡，且其中該第一鏡及該第二鏡係非球面的。
  19. 如請求項17之設備，其中自該目標基板至一影像感測器之間之一放大率係介於2X與1500X之間。
  20. 如請求項17之設備，其中自該目標基板至一中間影像之間之一放大率係介於2X與1500X之間。
  21. 如請求項17之設備，其中該第二鏡之大小經最小化以限制一後焦距。
  22. 如請求項20之設備，進一步包括一或多個折疊鏡以接收自該第二鏡反射之紅外至VUV光，且將一中間影像中繼至該感測器上，以最小化該設備之一大小。
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