TWI665512B - 光學系統及使用此系統校正光罩缺陷的方法 - Google Patents

光學系統及使用此系統校正光罩缺陷的方法 Download PDF

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Abstract

本發明關於一光學系統，其包含一掃描單元、包含至少一第一透鏡元件的一第一透鏡元件群組、設計以將光束聚焦至一焦點的一聚焦單元，其中聚焦單元包含一第二透鏡元件群組，其包含至少一第二透鏡元件及一成像透鏡。成像透鏡更包含一光瞳平面及一波前操縱器。光學系統的波前操縱器配置於成像透鏡的光瞳平面中或於與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中，或者光學系統的掃描單元配置於與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中且波前操縱器配置於光方向中之掃描單元的上游。第二透鏡元件群組的焦點位於聚焦單元的所有焦點位置處的成像透鏡的光瞳平面中。

Description

光學系統及使用此系統校正光罩缺陷的方法
本發明關於光學系統及用以校正光罩中缺陷的方法，如微影中所使用。
由於半導體工業中持續成長的積體密度，用於奈米壓印技術的光學微影光罩或模板需將越來越小的結構成像至光感層，即成像至晶圓上的光阻。為了符合這些要求，用於光學微影光罩的曝光波長已經從電磁光譜的近紫外光經由中紫外光偏移到遠紫外光範圍。近來，通常使用193nm的波長用於曝光晶圓上的光阻。因此，解析度增加的光學微影光罩的生產變得越來越複雜也因此越來越昂貴。在未來，光學微影光罩將使用在電磁光譜的極紫外光(EUV)波長範圍中實質上較短的波長(約為13.5nm)。
光學微影光罩在傳輸均勻性、平整性、純度及溫度穩定性方面需要滿足非常嚴格的要求。為了能夠產生具有合理收益的光學微影光罩，需要在生產程序末端校正光罩的缺陷或故障。
來自雷射源的飛秒光脈衝可用以校正用於奈米壓印微影的光學微影光罩或模板的缺陷。為此，在雷射源的協助下藉由聚焦至非常小的焦點區域而在光學微影光罩的透明材料中或在模板中產生高局部能量密度，且這導致透明材料的局部熔化。此局部熔化引起透明材料或模板材料 密度的局部變化。局部密度變化在下文中也稱作畫素。雷射光束在材料上的局部應用所引起的局部密度變化在下文中稱作將畫素寫入至透明材料。
經由具高強度的飛秒光脈衝在透明基板中產生畫素將在光脈衝的光子與基板的電子的互動區中引起局部非線性光學程序。引入複數個特別是非對稱軸至透明基板將導致配置在透明基板表面上的圖案元件的局部變化的位移。此外，將畫素寫入至透明基板將導致對基板的二次影響，因為畫素局部地改變了透明基板的光透射。
光學微影光罩的透明材料通常具有幾毫米的厚度。舉例來說，使用包含由6.35mm熔融石英所製成的透明基板的光罩。根據將畫素寫入透明基板的深度而產生不同的校正效果。因此，希望能夠控制在此深度維度中的畫素位置。然而，透明基板的不同部分根據期望的深度而位在期望的焦點區域與光源之間。由於透明基板的折射率與環境折射率不同，將引起改變焦點區域的光學品質的波前誤差。
類似的問題也出現在顯微鏡領域，特別是雷射掃描顯微鏡。在此情況下，待檢查樣品位在一樣品載體中。此處同樣地，需要驅動至不同的焦點位置，其應以高品質成像於每一焦點位置。這表示波前與參考波前的差異應為小。
US 4,953,962提出成像透鏡，其能夠補償由不同蓋玻片厚度所引起的波前誤差。該前案使用兩個可移動透鏡元件及最後的透鏡元件與樣品之間的可更改距離用於補償目的。
US 7,733,564 B2描述具有波前調節器(WFM)的顯微鏡用以改變焦點位置。WFM使得有可能改變樣品內的焦點位置，即使成像透鏡的前透鏡元件與樣品之間的工作距離保持固定。WFM配置在成像透鏡與中間影像平面之間。在此處，WFM的目標在於在樣品中產生一焦點，其在樣品中的位置可變化。然而，焦點具有足夠品質的焦點位置範圍限制在幾微米內。
US 2016/0161729 A1描述具有用於樣品的結構化照明的LCOS元件的光掃描顯微鏡，此元件另外用於校正像差及用於聚焦。
具有波前操縱器的其他顯微鏡已揭露於US 2005/0207003 A1、EP 2 498 116 A1、DE 11 2013 006T5及US 2015/0362713 A1。
另外的應用發現於體外造影的領域，其中在玻璃內部的結構也同樣被修改了。另外的應用發現於液體聚合物的3-D列印(光學接合)，其中透明聚合物溶液經由光誘發聚合而固化。在此處，聚合物溶液採用樣品的作用。
因此，本發明的一目的為提供一光學系統，其確保當樣品內焦點位置在大範圍內變化時的焦點區域的良好光學品質。
根據本發明第一態樣，後者包含一光學系統，其具有設計使得焦點可相對光學軸橫向地位移的一掃描單元、包含至少一第一透鏡元件的一第一透鏡元件群組、設計以將光束聚焦至一焦點的一聚焦單元，其中聚焦單元沿光學系統的一光學軸可移動地配置，使得焦點位置可沿光學系統的光學軸改變。聚焦單元又包含一第二透鏡元件群組，其包含至少一第二透鏡元件及一成像透鏡。成像透鏡包含一光瞳平面。光學系統包含一波前操縱器，其設計使得在彼此不同之該聚焦單元的至少兩個焦點位置處的RMS波前誤差小於100mλ，較佳小於20mλ。在此處，波前操縱器配置於成像透鏡的光瞳平面中、或於與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中。或者，掃描單元也可配置於與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中且波前操縱器可同時地配置於光方向中之掃描單元的上游。第二透鏡元件群組的焦點位於聚焦單元的兩個焦點位置處的成像透鏡的光瞳平面中。因此，波前操縱器或掃描單元成像至成像透鏡的光瞳平面，與聚焦單元的定位無關。
在本申請案中，光瞳平面係理解為表示光闌的平面或光闌 的影像平面。光闌理解為表示界定孔徑的元件。在此處，這可為獨立的不透明組件或光學元件的界限，例如一架座。
同樣地，本申請案中的光學軸也理解為僅以直線通過部分光學系統延伸的一光學軸。特別的，通過折疊反射鏡而造成的光學軸的偏折將改變光學軸的方向，但對光學設計沒有影響或僅有微小的影響。
透明基板中焦點的光學品質可由波前與參考波前的偏差來描述。在此處，預定的理想波前稱作參考波前。此參考波前可為球面或非球面。球面參考波前通常用於雷射掃描顯微鏡。非球面波前(如散光波前)從光罩的校正而得知。光源提供具有波長λ的照明光。已知有多種光源。有利地，可使用雷射光源。雷射光源可持續地或以脈衝的方式操作。
波前與參考波前的偏差可由RMS波前誤差量化，即與參考波前的偏差的平方的歸一化和的平方根。此RMS波前誤差通常被指定為所使用雷射波長λ的一部份。因此，舉例來說，1mλ對應千分之一的雷射波長。針對本申請案，若相應RMS波前誤差小於20mλ，焦點有最高品質。對範圍在20mλ到100mλ的RMS波前誤差，焦點將具有高品質。對範圍在100mλ到200mλ的RMS波前誤差，焦點將具有中等品質。
波前與參考波前的偏差的物理原因可在透明材料的折射率中找到。當焦點位置在透明基板中發生變化，焦點與透明基板表面的距離在光學軸的方向中將有變化。因此，在不同焦點位置的情況下，光射線在透明基板內採取不同的幾何路徑。若現在由透明基板相對靜止焦點位置的運動產生焦點位置的變化，如在例如傳統顯微鏡中的情況，則在光學路徑中也有一變化，即在雷射光源的波長下的透明基板的折射率與幾何路徑的長度的乘積。
舉例來說，若透明材料為水，在傳統波長情況下的折射率可約為n1.33。在物體由熔融石英製成的情況下，折射率可約為n1.46。焦點具有足夠品質是必需的，特別是針對多光子程序，其中二或更多光子必 須在瞬間相撞。
若透明基板的折射率n等於或接近周圍介質的折射率，則在焦點位置變化的情況下，波前與參考波前之間的差異不會改變。
若透明基板為一平板且僅考慮在光學軸上的一焦點，則不同焦點的波長主要由於球面像差而偏離參考波前。若焦點沒有位在光學軸而是與其橫向偏移，則將另外發生其他像差。波前與參考波前偏離也可能有其他原因，例如由於偏離平板的幾何形式或由於在透明基板中折射率的不均勻分布。波前操縱器的目標為引入波前的校正，其抵消球面像差及/或來自其他來源的其他像差。因此，在至少兩個焦點位置獲得波前的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ的焦點。波前的此校正在不同焦點位置可為不同。特別地，其可沿光學軸而不同，也可橫向於系統的光學軸而不同。
為了能夠確保波前操縱器能夠以使得小於100mλ、較佳小於20mλ的RMS波前誤差得以實現的方式來校正波前，需要將波前操縱器及光瞳平面定位使得撞擊波前操縱器的一點的射線也會撞擊在光瞳平面的同一個點上。在此背景下，一點應理解為是在光學的範圍內，而非為純數學幾何術語。波前操縱器的此定位可藉由直接配置在成像透鏡的光瞳平面中的波前操縱器來實現。另一選擇在於將波前操縱器配置於與成像透鏡的光瞳平面共軛的平面中，即將該波前操縱器成像於此光瞳平面中。
必須針對兩個焦點位置提供波前操縱器或掃描單元到成像透鏡的光瞳平面的成像。換言之，這些元件獨立於聚焦單元的定位而被成像至此光瞳平面。
波前與參考波前的偏差、以及焦點品質的惡化隨著與最佳焦點位置距離的增加以及隨著光學系統的較高數值孔徑NA而增加。為了能夠比較不同光學系統，其在數值孔徑、波長及具有不同折射率的使用材料方面不同，除了由RMS波前誤差評估焦點品質外，還需要可獨立於系統來評估幾何範圍的參數。為此，在本文件中使用了針對景深的Rayleigh標準。 由此，Rayleigh長度dR出現為dR=λn/(2 NA2)。舉例來說，對具有數值孔徑NA=0.65、波長λ=532nm、及折射率n=1.52的光學系統，將出現dR=0.96μm的Rayleigh長度。接著，可指定焦點仍具有良好的波前品質的範圍為所考慮系統的Rayleigh長度的倍數。這允許比較不同的光學系統。
因此，本發明的另一態樣在於提供具有大於500 dR、較佳大於1000 dR、更佳大於2200 dR的一聚焦範圍的光學系統。同時具有良好成像品質的此一大聚焦範圍透過由聚焦單元的移動所設定的焦點位置的定位來實現，而波前操縱器校正球面像差。因此，特別地，波前操縱器並不用於聚焦。
在本發明的另一態樣中，光學系統更包含一掃描單元，其設計使得焦點可相對光學軸橫向地位移。此一掃描單元使得有可能掃描在樣品上的相對大空間區域中的焦點。舉例來說，若光學系統用以檢查光學微影光罩，有可能掃描光罩的一區域，而不用在橫向方向中機械地移動光罩。這對掃描時間有利，因此也對在給定的時間單位中可檢查的光罩數量有利。
這類掃描單元可以許多不同方式來實施。可傾斜反射鏡可為一可能的具體實施例。此一反射鏡可繞一軸傾斜，以致能一維掃描，或可繞彼此沒有平行的兩軸傾斜，以致能二維掃描。也有可能在光方向中連續配置兩個反射鏡，每一該反射鏡可繞不平行於另一軸的一軸傾斜，以獲得二維掃描。特別地，傾斜軸彼此垂直是有利的。此外，兩個反射鏡的樞軸點盡可能彼此靠近是有利的。將兩個反射鏡的樞軸點成像至彼此也是可能且有利的。
在本發明的另一具體實施例中，掃描單元包含一或更多AODs(聲光偏折器)。若使用兩個AODs，將這些成像至彼此同樣也是有利的。在這些組件中，可藉由施加通過組件的聲波改變光射線的偏折角度。這些元件的優點為快速的反應時間及可設定期望的偏轉角度的易控制性。 類似於可傾斜反射鏡，AOD可在一維掃描方向中或在二個維度中操作。也有可能連續配置在一個維度下操作的兩個AODs，取代在兩個維度下操作的一AOD。為了獲得二維掃描效果，個別AODs的兩個一維掃描方向須為不平行。特別地，掃描方向若彼此垂直會是有利的。
在本發明另一態樣中，光學系統更包含一光源且波前操縱器配置於光源與掃描單元之間。在此情況中，光闌配置在掃描單元處或其下游。因此，即使波前操縱器在此位置上不在光瞳平面中，它仍在平行光束路徑中，因此滿足以下重要條件：延伸通過波前操作器上一點的所有射線也撞擊在成像透鏡的光瞳平面中的一共同點上。若波前操縱器配置於光方向中之掃描單元上游的聚集或發散光束路徑中，此條件甚至可被滿足。由於不同的橫向焦點僅由掃描單元的定位產生，若掃描單元本身配置在與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中，在此組態中就已足夠。因此，掃描單元成像至成像透鏡的光瞳平面。這可確保波前操縱器可校正RMS波前誤差，使得其在彼此不同的聚焦單元的至少兩個焦點位置處小於100mλ、較佳小於20mλ。
在本發明的另一態樣中，波前操縱器成像至成像透鏡的光瞳平面。此外，在本申請案中，光瞳平面應總是也理解為表示與一特定光瞳平面共軛的每一光瞳平面，且場平面應總是也理解為與其共軛的每一場平面。總而言之，可配置波前操縱器的三個位置為較佳，即使也可有其他較佳的位置。這些首先為波前操縱器在成像透鏡的光瞳平面中的配置，其次為在與成像透鏡的光瞳平面共軛的平面，且第三為在光方向中掃描單元的上游，其中掃描單元本身配置在與成像透鏡的光瞳平面共軛的平面中。定位在成像透鏡的光瞳平面的共軛平面是有利的，因為其更容易接近，因為光瞳平面本身不需總是位在光學元件之間的空間中，而是也可位在透鏡元件的內部。此外，將波前操縱器定位在共軛平面是有利的，因為此位置可維持不變，因此波前操縱器不需作為聚焦單元的部分而移動。
在本發明另一態樣中，光學系統包含設計為可變形反射鏡的波前操縱器。可變形反射鏡從多種應用已知，從天文望遠鏡、到微影投射曝光裝置、到計量學的應用。可變形反射鏡的優點在於可從反射鏡的非照明後側實現操縱的事實。因此，有可能在反射鏡上的每一點施加造成反射鏡變形的元件。因此，有可能設定大量的校正波前。
在本發明另一態樣中，光學系統包含設計使得樣品的一點成像至影像平面中的一影像點的聚焦單元。因此，在與聚焦群組相距一有限距離處的樣品的一點係成像至同樣與聚焦群組相距一有限距離的一影像點。
根據本發明，光學系統更包含具有至少一第一透鏡元件的第一透鏡元件群組，且聚焦單元包含具有至少一第二透鏡元件及成像透鏡的第二透鏡元件群組，其中第二透鏡元件群組的焦點位在成像透鏡的光瞳平面中。此外，第一透鏡元件群組及第二透鏡元件群組可設計使得其共同形成一Kepler系統。因此，有可能形成與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面。因此，第一透鏡元件群組及第二透鏡元件群組形成一Kepler系統，藉此將波前操縱器或掃描單元成像至成像透鏡的光瞳。由於第二透鏡元件群組為聚焦單元的部分，但第一透鏡元件群組為光學系統的固定(即不可移動)配置部件的部分，因此波前操縱器成像至成像透鏡的光瞳平面。在此處，第二透鏡元件群組的焦點在聚焦單元的所有位置中位於成像透鏡的光瞳平面。此外，第一透鏡元件群組的焦點位在波前操縱器上。由於第一透鏡元件群組及第二透鏡元件群組的此配置，Kelper系統可藉由移動聚焦單元而拉長或縮短，而不會改變其成像特性。具有複數個光瞳平面並因此也具有至少一中間影像的成像透鏡也是可以想到的。
在本發明另一態樣中，具有Kepler系統的掃描單元獨立於聚焦單元的定位而成像至光瞳平面。在此情況下，波前操縱器沿光方向配置於掃描單元的上游。
在本發明另一態樣中，光學系統係設計使得其在樣品側為遠心的。在樣品側為遠心的系統在此情況下係理解為表示在產生焦點於其中的樣品平面中(即在平面中)的不同點處具有平行於光學系統的光學軸延伸的主射線的光學系統。此一系統的優點在於波前與在樣品中橫向相鄰的兩個點的參考波前的偏差僅略有不同。因此，若掃描單元在影像平面中聚焦在相鄰點處，波前在每一焦點處的相應未校正品質是非常相似的。在此情況下，由波前操縱器獲得小於100mλ、較佳小於20mλ之波前的RMS與參考波前的偏差所需的波前校正係獨立於焦點的橫向位置。因此，在掃描單元的掃瞄期間不需改變校正。
若在其橫向範圍方面，整個樣品遠大於可由掃描單元驅動的橫向空間區域，則除了掃描單元外，使用定位單元用以定位樣品是有利的。因此，舉例來說，有可能使用光罩台沿0.1mm的路徑將光罩定位至數分米或甚至數米。接著，在掃描單元的協助下，可在較小的空間尺度上在此區域中產生焦點。通常，使用此一定位單元的定位比經由掃描單元的調整更慢。因此，僅當需要無法由較快掃描單元提供的定位範圍時才執行此定位較為有利。
在本發明另一態樣中，後者包含分束器及觀察裝置，其中分束器係配置使得光被提供至一觀察裝置。加入一觀察裝置到光學系統使得樣品的影像可被記錄可能是有利的。若光學系統用於一顯微鏡中，特別是一雷射掃描顯微鏡中，觀察影像的選項甚至是強制要使用的。相反地，若裝置為用以處理用於光學微影的光罩的裝置，則影像的觀察並非強制的，但可能是有用的。在此申請案中，觀察裝置係理解為表示多個偵測器。舉例來說，這可為直接目視觀察的目鏡或影像感測器，例如CCD相機或波前感測器。在雷射掃描顯微鏡的情況中，特別地，觀察裝置也可累積。舉例來說，可結合在掃描期間在時間上連續記錄的影像點以形成一整體影像。這可在電腦上執行。此外，也有可能安裝複數個觀察裝置。
因此，在本發明另一態樣中，觀察裝置實施為一波前感測器。其目標為偵測由波前操縱器所設定的波前。其優點為有可能檢查設定的波前。在此配置中，觀察裝置用以在光瞳平面中觀察來自光源的光。
在本發明另一態樣中，後者因此更包含一控制單元，其比較由波前感測器記錄的資料與一參考波前，並將從量測波前與參考波前的偏差所計算的校正傳送至波前操縱器。因此，提供一控制迴路，其有助於波前感測器的自動或半自動封閉迴路控制，從而獲得良好的焦點品質。因此，若控制單元在波前操縱器的第一次調整後從波前感測器的資料計算RMS波前誤差仍大於預定目標值(例如20mλ或100mλ)，則控制單元能夠使用波前操縱器的特性計算校正控制變數並將其傳送至波前操縱器。接著，改變波前操縱器的波前校正直到獲得期望的目標值。波前操縱器的這些特性通常指定為對歸一化干擾的敏感度。舉例來說，傳統的電腦或特殊電子組件可使用作為控制單元。其他選擇也是可想到的。
在本發明另一態樣中，一脈衝雷射使用作為光學系統的光源。此一脈衝雷射特別適合用以藉由聚焦在非常小的焦點區域而在光學微影光罩的透明材料中產生高局部能量密度。這導致透明材料的局部熔化。此局部熔化引起透明材料的密度的局部變化。因此，可寫入複數個畫素至透明基板。因此，有可能產生配置在透明基板表面上的圖案元件的局部變化的位移。此技術已知為配準校正。較佳地，非對稱畫素用於配準校正。此外，畫素可寫入至透明基板至透明材料中，該畫素相較於周圍材料具有改良的光傳輸。此技術已知為CD校正。較佳地，對稱軸用於CD校正。也有可能結合兩個方法。
本發明的另一態樣係關於用以校正光學微影光罩的缺陷的方法，該方法包含：˙提供如前述申請專利範圍之其中任一項所述的一光學系統， ˙使用聚焦單元沿系統的一光學軸聚焦第一焦點位置於光學微影光罩內，˙經由一波前操縱器設定一波前，使得RMS波前誤差小於100mλ、特別是小於20mλ，˙藉由在光學微影光罩內的第一焦點位置處引入第一不可逆變化來校正光罩的第一缺陷。
若光罩配置於光學系統中，寫入畫素的精準效果可取決於沿光學軸的位置。因此，為了校正目的將畫素引入至在第二平面或其他平面中的基板可為有利的。為此，需要以下步驟：˙使用聚焦單元沿系統的一光學軸聚焦第二焦點位置於光學微影光罩內，˙經由一波前操縱器設定一波前，使得RMS波前誤差小於100mλ、特別是小於20mλ，˙藉由在光學微影光罩內的第二焦點位置處引入第二不可逆變化來校正光罩的第二缺陷。
為了校正光學微影光罩，能夠快速地改變在橫向方向中的焦點位置是有利的。特別地，焦點位置的橫向掃描是有利的。可為此而使用掃描單元。
當光學微影光罩的缺陷被校正時，可使用一波前感測器量測波前。其優點為有可能檢查波前操縱器的設定。此檢查可在校正操作期間或在特定選擇的監視時間持續地進行。
接著，當校正光學微影光罩的缺陷時，有可能產生控制迴路，該控制迴路更使用以下步驟來處理所量測波前：˙與一參考波前比較，˙從此比較來計算一校正波前，使得RMS波前誤差降低，˙從校正波前設定用於波前操縱器的新控制信號，以及 ˙傳送控制信號至波前操縱器。
在波前已經被校正後，可再次量測波前並可決定新的及改良的校正。因此建立了控制迴路。
1‧‧‧光學系統
5‧‧‧波前操縱器
7‧‧‧反射鏡
9‧‧‧第一透鏡元件群組
11‧‧‧第二透鏡元件群組
13‧‧‧聚焦單元
15‧‧‧成像透鏡
17‧‧‧樣品
19‧‧‧光闌
21‧‧‧光瞳平面
23‧‧‧分束器
25‧‧‧觀察單元
31‧‧‧折疊反射鏡
35‧‧‧焦點
101‧‧‧光學系統
105‧‧‧可變形反射鏡
107‧‧‧掃描單元
109‧‧‧第一透鏡元件群組
111‧‧‧第二透鏡元件群組
113‧‧‧聚焦單元
115‧‧‧成像透鏡
121‧‧‧光瞳平面
201‧‧‧光學系統
205‧‧‧波前操縱器
209‧‧‧第一透鏡元件群組
211‧‧‧第二透鏡元件群組
213‧‧‧聚焦單元
215‧‧‧成像透鏡
217‧‧‧樣品
219‧‧‧光闌
221‧‧‧光瞳平面
235‧‧‧焦點
301‧‧‧光學系統
305‧‧‧波前操縱器
307‧‧‧掃描單元
309‧‧‧第一透鏡元件群組
311‧‧‧第二透鏡元件群組
313‧‧‧聚焦單元
315‧‧‧成像透鏡
317‧‧‧樣品
319‧‧‧光闌
321‧‧‧光瞳平面
323‧‧‧偏振分束器
325‧‧‧觀察單元
327‧‧‧波前感測器
329‧‧‧λ/4板
331‧‧‧焦點
335‧‧‧焦點
401‧‧‧光學系統
405‧‧‧波前操縱器
407‧‧‧掃描單元
409‧‧‧第一透鏡元件群組
411‧‧‧第二透鏡元件群組
413‧‧‧聚焦單元
415‧‧‧成像透鏡
417‧‧‧樣品
419‧‧‧光闌
421‧‧‧光瞳平面
423‧‧‧二向色分束器
425‧‧‧觀察單元
427‧‧‧波前感測器
435‧‧‧焦點
501‧‧‧光學系統
505‧‧‧波前操縱器
507‧‧‧掃描單元
509‧‧‧第一透鏡元件群組
511‧‧‧第二透鏡元件群組
513‧‧‧聚焦單元
515‧‧‧成像透鏡
517‧‧‧樣品
519‧‧‧光闌
521‧‧‧光瞳平面
523‧‧‧偏振分束器
525‧‧‧觀察單元
527‧‧‧波前感測器
535‧‧‧焦點
601‧‧‧光學系統
605‧‧‧波前操縱器
607‧‧‧掃描單元
609‧‧‧第一透鏡元件群組
611‧‧‧第二透鏡元件群組
613‧‧‧聚焦單元
615‧‧‧成像透鏡
617‧‧‧樣品
621‧‧‧光瞳平面
623‧‧‧分束器
625‧‧‧觀察裝置
627‧‧‧波前感測器
635‧‧‧焦點
701‧‧‧光學系統
705‧‧‧波前操縱器
707‧‧‧掃描單元
709‧‧‧第一透鏡元件群組
711‧‧‧第二透鏡元件群組
713‧‧‧聚焦單元
715‧‧‧成像透鏡
717‧‧‧樣品
721‧‧‧光瞳平面
723‧‧‧分束器
725‧‧‧觀察裝置
727‧‧‧波前感測器
735‧‧‧焦點
在下文中將參考所附隨的圖式更詳細地解釋本發明的範例具體實施例。在圖式中：圖1顯示第一具體實施例的透鏡元件部分的示意圖，焦點位在同樣表示的樣品的中心；圖2顯示在第一具體實施例中的成像透鏡的透鏡元件部分的放大示意圖，焦點位在同樣表示的樣品的中心；圖3顯示第一具體實施例的聚焦群組的五個不同設定，其對應五個不同的焦點位置；圖4在左側列中顯示在沿波前操縱器的徑向座標的五個焦點位置處的波前操縱器的光學路徑長度的變化，並在右側列中顯示在第一具體實施例的相同的五個焦點位置處的相關RMS波前誤差；圖5顯示第二具體實施例的透鏡元件部分的示意圖，其中可變形反射鏡使用作為波前操縱器；圖6顯示第三具體實施例的透鏡元件部分的示意圖，其中波前操縱器配置於成像透鏡的光瞳平面中；圖7顯示第四具體實施例的透鏡元件部分的示意圖，其中波前操縱器配置於與成像透鏡的光瞳平面共軛的一平面中，且光學系統包含一偏振分束器；圖8顯示第五具體實施例的透鏡元件部分的示意圖，其中系統包含兩個AODs及一觀察裝置；圖9在左側列中顯示在沿反射鏡的徑向座標的五個焦點位 置處的可變形反射鏡的變形，並在右側列中顯示在第五具體實施例的相同的五個焦點位置處的相關RMS波前誤差；圖10顯示在第六具體實施例中的透鏡元件部分的示意圖；圖11顯示在第七具體實施例中的透鏡元件部分的示意圖；圖12顯示在第八具體實施例中的透鏡元件部分的示意圖；以及圖13在左側列中顯示在沿反射鏡的徑向座標的五個焦點位置處的可變形反射鏡的變形，並在右側列中顯示在第八具體實施例的相同的五個焦點位置處的相關RMS波前誤差。
圖1顯示本發明的第一範例具體實施例的示意圖。在此例中的焦點的品質係關於一球面參考波前。光學系統1具有0.4的數值孔徑(NA)。樣品17具有折射率n=1.461。光源具有波長λ=532nm。因此，這為此光學系統1產生了Rayleigh長度dR=2.43μm。光學系統1的光學資料總結於表格1中。在此處，材料NF2、NBK7、NSF5、NLASF44、NPK51及NKZFS4為來自Schott的市售玻璃，且SNBH51為來自Ohara的玻璃，該玻璃的折射率為熟此技藝者已知的。此外，這些玻璃目錄儲存於市售的光學設計程式中，例如Code V或OSLO。
光學系統1包含聚焦單元13，其設計以將射線聚焦至焦點35，其中聚焦單元13係以可沿系統的光學軸移動的方式配置，使得可沿光學系統的光學軸改變焦點位置。在此處，聚焦單元13包含具有光瞳平面21的成像透鏡15。光瞳平面21出現為光闌19的影像。在此具體實施例中，光闌19位於2-D掃描反射鏡7上。此外，光學系統包含波前操縱器5，其設計使得在彼此不同的聚焦單元13的至少兩個焦點位置處的波前誤差的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ。波前操縱器5及聚焦單元13的光瞳平面21係相對 彼此定位，使得撞擊於波前操縱器5的相同點上的射線撞擊在彼此不同的至少兩個焦點位置的光瞳平面21中的一共同點上。
光學系統1更包含第一透鏡元件群組9，且聚焦單元13包含第二透鏡元件群組11及成像透鏡15。在此範例具體實施例中，此第一透鏡元件群組9由兩個透鏡元件組成，其實施為一膠合構件。第一透鏡元件群組9的焦點長度為f1=200.4mm。第二透鏡元件群組11同樣實施為一膠合構件並具有焦點長度f2=80.1mm。光束路徑由在第一透鏡元件群組9的透鏡元件與第二透鏡元件群組11的透鏡元件之間的兩個折疊反射鏡31折疊。通常為了符合有關安裝空間的需求(即光學系統1的幾何尺寸)而引入這類折疊反射鏡31。它們通常為不具任何其他光學功能的平面反射鏡。熟此技藝者已知可根據需求而增加或移除這類折疊反射鏡。
具有焦點長度flens=8.09mm的遠心成像透鏡15在光方向中配置於第二透鏡元件群組11的下游。成像透鏡15在樣品側為遠心，表示成像透鏡15的波前操縱器側光瞳與成像透鏡15的後焦點平面相同。因此，整個光學系統1設計為在樣品側為遠心。成像透鏡15的光瞳平面21是不易接近的且位在成像透鏡15的一透鏡元件內。在此範例中，除了第二透鏡元件群組11及成像透鏡15，在聚焦單元13中沒有其他光學元件。
第二透鏡元件群組11的焦點位在成像透鏡15的光瞳平面21中。成像透鏡15及第二透鏡元件群組11一起配置於可平行於系統1的光學軸移動的平台上。這形成了包含成像透鏡15及第二透鏡元件群組11的聚焦單元13。同樣顯示了待檢查的樣品17，其在面對成像透鏡15的側面上具有平面表面。藉由平行於光學系統1的光學軸移動聚焦單元13，有可能同樣以平行於光學軸的方式改變在樣品17內的焦點位置。因此，聚焦單元13係設計使得位於與成像透鏡15相距一有限距離處的樣品的一點係成像至在第二折疊反射鏡31及聚焦單元13之間的影像平面中的一影像點。因此，影像平面位於與聚焦單元13相距一有限距離處。
焦點位置在橫向方向的變化(亦即，在此情況中為垂直光學軸的平面)是由掃描單元7造成的。在此範例具體實施例中，掃描單元7係實施為可在兩個非平行軸傾斜的反射鏡。這兩個非平行傾斜軸的交叉點稱作2-D掃描反射鏡的樞軸點。2-D掃描反射鏡配置使得其樞軸點位在第一透鏡元件群組的焦點。因此，從2-D掃描反射鏡中心開始的射線將在第一透鏡元件群組與第二透鏡元件群組11之間的一區域中平行於光學軸延伸。這些射線由第二透鏡元件群組11偏折並成像在聚焦單元13的光瞳21上。因此，2-D掃描反射鏡的樞軸點成像至聚焦單元13的光瞳21。本發明的基本特性為如果聚焦單元13移動，也可將2-D掃描反射鏡的樞軸點成像到聚焦單元13的光 瞳21。
聚焦單元13的元件必須選擇為足夠大，使得從2-D掃描反射鏡開始的光束不會受到暈邊(vignetting)的影響。對聚焦單元13的光瞳21的直徑Dpupil出現重要的條件。若DWFM表示由照明光所照明的波前操縱器5的圓形區域的直徑，且f1及f2分別表示第一透鏡元件群組9及第二透鏡元件群組11的焦點長度，則必須以滿足以下關係的方式選擇變數：
在此範例具體實施例中，波前操縱器5實施為透射元件，並直接配置在距離樣品17更遠的2-D掃描反射鏡的一側上。這類透射波前操縱器5為市售的標準光學元件、或為基於液晶的空間光場調節器。
因此，光束路徑如下文所述延伸通過光學系統1。來自光源的照明光由分束器23反射、通過波前操縱器5、由2-D掃描反射鏡7反射、並由第一透鏡元件群組9及第二透鏡元件群組11成像至成像透鏡15的光瞳21，其最終在樣品17中於深度z=3.175mm處產生一焦點。
圖1所示的光學系統1在面對聚焦單元13的樣品的平面側底下3.175mm深度處產生與球面參考波前相關的良好品質的焦點。因此，成像透鏡係設計使得其將在深度3.175mm的樣品點成像(幾乎無像差)至無限遠。因此，在其情況下，波前操縱器5接近其中性狀態並對波前的形式僅有很小的影響。若藉由移動聚焦單元13來設定與樣品17的平面表面相距不同距離處的不同焦點位置，波前操縱器5將校正波前，使得RMS波前誤差在此處同樣小於100mλ、較佳小於20mλ。因此，波前操縱器不再處於中性狀態。
嵌入樣品17內的小物體經由散射或螢光效應而作為第二光源並沿顯微鏡的方向將部分照明光傳送回來。此觀察光沿著相反的路徑通過光學系統1，即從樣品17沿波前操縱器5的方向。因此，成像透鏡15、第二透鏡元件群組11、第一透鏡元件群組9及波前操縱器5被通過兩次。某些觀察光在分束器23被提供至觀察單元25，其設計使得觀察光至少部分地傳送通過分束器表面。在本範例具體實施例中，接著為產生中間影像的另一透鏡元件群組。針孔可附接於中間影像的位置，且在其之後可為光偵測單元(例如形式為發光二極體)、影像感測器、目鏡及/或另一偵測裝置。
圖2以放大的方式顯示包含成像透鏡15及樣品17的部分光學系統1。三個不同光束的射線(其屬於2-D掃描反射鏡7的不同掃描角度)在樣品17內的相同深度處形成不同的焦點。光瞳平面21的位置係沿入射至成像透鏡的射線的延續而顯示。可確定在此範例中的光瞳平面21位在成像透鏡15的第一透鏡元件內部。
沿光學軸的焦點位置(即在樣品17內的焦點的深度)可藉由移動聚焦單元13而選擇。在此處，聚焦單元13沿光學軸位移。只有聚焦單元13具有可移動配置。光學系統1的所有其他組件可維持在平行於光學軸的一固定位置。特別地，樣品及第一透鏡元件群組9不需平行於光學軸移動。然而，具有樣品台的樣品17仍可橫向地位移。有利地，在此情況中，具有樣品台的樣品17不需平行於光學軸移動，且安裝光學系統1的裝置的空間最大部分完全不需移動。
圖3針對沿光學系統1的光學軸的不同焦點位置顯示聚焦單元13的位置。圖中顯示了範圍從z=0mm到z=6.35mm的焦點位置。與每一焦點位置相關的為波前操縱器5的特定設定，其使得RMS波前誤差在最大可能程度上被最小化。光學路徑差異(OPD)由聚焦單元13的幾何位移引入。由於系統針對z=3.75mm的焦點位置設計，OPD對所有考慮的射線來說非常小。這可在圖4中左側列中的圖式識別，其中根據相對照明光的主射線的射線位置繪示由波前操縱器5所引入的OPD。圖4的右側列繪示在由波前操縱器5對橫向焦點位置進行校正後所獲得的RMS波前誤差。
可看出針對0mm<z<6.35mm的焦點位置，對距離光學軸100μm的焦點的橫向距離，最高的焦點品質由小於20mλ的RMS值獲得。這對應2600 dR的場範圍的深度。若具有小於100mλ的RMS波前誤差的焦點的品質足以應用，則焦點與光學軸的橫向距離甚至可大於140μm。由於第二透鏡元件群組及成像透鏡彼此之間有固定的距離，第二透鏡元件群組的焦點保持與聚焦單元在成像透鏡的光瞳平面中的位移無關。因此，針對聚焦群組的所有位置，掃描單元係成像至成像透鏡的光瞳平面。
圖5顯示本發明的第二具體實施例。與第一具體實施例不同之處僅在於波前操縱器105在此處實施為一自適應可變形反射鏡(DFM)。可能的焦點位置及相應的焦點品質與其在第一具體實施例中無法區別。DFM為傾斜並使光學系統101的光學軸彎曲。根據架構，DFM的幾何表面可為圓形或矩形。然而，在傾斜DFM 105上的圓形照明的情況下，光在DFM上的覆蓋區為橢圓形。DFM 105的表面可變形以改變光束的OPD，並因此改變在焦點的波前。因為可變形反射鏡105相對光學軸傾斜45°，所需的變形相對於覆蓋區的中心也不再為旋轉對稱。
圖6顯示本發明的第三具體實施例的示意圖。在此處，裝置的目標僅為在樣品內產生焦點。因此，此處並不需要觀察裝置。有利地，此一組態可用於例如所謂的3-D列印機。
雷射光束於一光源產生並由2-D掃描單元反射。這些位於圖6的左側，但未繪示於圖中。掃描單元可由兩個1-D掃描反射鏡或兩個聲光偏折器(AOD)組成，以在兩個維度中導引光束。若使用兩個1-D掃描裝置，兩個1-D掃描裝置的樞軸點可在中繼系統(如Kepler系統或Offner中繼)的協助下成像於彼此。
除了掃描單元，在此具體實施例中的光學系統201由包含至少一透鏡元件的第一透鏡元件群組209、包含至少一透鏡元件的第二透鏡元件群組211、透射波前操縱器205及遠心成像透鏡215所組成。成像透鏡215包含可接近的光瞳平面221。透射波前操縱器205配置為靠近或位在成像透鏡215的光瞳平面221中。光闌219直接配置於波前操縱器205上。因此，其 界定了孔徑光束並定義光瞳平面221的位置。第二透鏡元件群組211、波前操縱器205及成像透鏡215係配置使得其可沿光學系統201的光學軸一起移動。因此，成像透鏡215、第二透鏡元件群組211及波前操縱器205共同形成了聚焦單元213。配置於第一透鏡元件群組209的焦點平面的掃描單元的樞軸點因此成像至成像透鏡215的光瞳平面221中的一點，並因此成像至波前操縱器205。若聚焦單元213沿光學軸位移，情況也是這樣。樣品217內的焦點位置可藉由移動聚焦單元213來調整。藉由以波前操縱器205校正波前，可在樣品217內的不同焦點位置產生最高品質的焦點。
圖7顯示本發明的第四具體實施例的示意圖。舉例來說，此一裝置適合用以在樣品317內產生焦點。在此情況中，樣品317為用於光學微影的光罩。藉由以脈衝雷射輻照光罩的透明材料，有可能不可逆的改變透明材料。光學微影光罩的透明材料通常為熔融石英。引入複數個非對稱畫素至透明基板將造成配置在透明基板表面上的圖案元件的局部變化位移。因此，可局部地校正所謂的光罩配準。此外，寫入畫素至透明基板將導致對基板的二次影響，因為畫素局部地改變透明基板的光學傳輸。因此，可校正光罩結構(CD)的臨界尺寸的成像。也有可能一起進行兩個校正。光學系統301的光學資料總結於表格2。在此處，材料NBK7、NSF5、NLASF44、NPK51及NKZFS4為來自Schott的市售玻璃，而SNBH51為來自Ohara的玻璃，該玻璃的折射率為熟此技藝者已知的。此外，這些玻璃目錄儲存於市售的光學設計程式中，例如Code V或OSLO。
已知不僅是盡可能成點狀的畫素，還有具有細長範圍的非對稱畫素都可用於校正光學微影光罩的配準。此一畫素形式可由散光焦點產生。因此，在此情況下，參考波前不是球面，而是具有預定的散光失真。散光焦點的產生可由波前操縱器305產生。有利的，所需的波前修正可由二維基函數來描述，例如在所謂條紋歸一化中的Zernike多項式。散光焦點的軸(即其在空間的位置)可由波前操縱器所設定的適當預定波前來預先決定。這是有利的，因為有可能在沒有可移動的光學組件下進行焦點的對準。
第四具體實施例中的光學系統301包含聚焦單元313，其設計用以將射線聚焦至一焦點，其中聚焦單元313以可移動的方式沿光學系統301的光學軸配置，使得沿光學系統301的光學軸的焦點位置可被改變。在此處，聚焦單元313包含光瞳平面321。後者成為光闌319的影像。此外，光學系統301包含波前操縱器305，其設計使得在彼此不同的聚焦單元313的至少兩個焦點位置處的波前誤差的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ。在此具體實施例中，光闌319位於波前操縱器305上或在其上游。波前操縱器305及成像透鏡315的光瞳平面321係相對彼此定位，使得撞擊於波前操縱器305的相同點上的射線撞擊在彼此不同的至少兩個焦點位置的光瞳平面321中的一共同點上。
光學系統301更包含第一透鏡元件群組309。聚焦單元313包含第二透鏡元件群組311及成像透鏡315，其中第二透鏡元件群組311的焦點位在成像透鏡315的光瞳平面321中。
照明由脈衝雷射產生。照明光為線性偏振。具有例如3mm的光束直徑的雷射光束通過2-D掃描單元307。掃描單元307由兩個聲光偏折器(AOD)組成，以在兩個維度中導引光束。光被偏折的兩個AODs的軸線彼此互相垂直。可達成的掃描角度取決於施加至相應AOD的超聲波頻率。AODs的最大掃描角度限制在約1°。由分別具有f=25mm及f=125mm的焦點長度的兩個透鏡元件所形成的Kepler系統將AODs之間的一點成像至波前感測器。Kepler系統也將准直照明光的直徑增加5倍，從3mm增加到15mm。
在Kepler系統及第一透鏡元件群組309之間有一偏振分束器(PBS)323及λ/4板329，其軸線相對照明光的線性偏振方向旋轉45°。選擇照明光束的偏振並設計偏振分束器323，使得入射光束由PBS 323反射。第一次通過後，λ/4板329將線性偏振光轉換為圓形偏振光。接著，光入射在波前操縱器305(其實施為可變形反射鏡305)上。在於可變形反射鏡305處反射後，光再次通過λ/4板329並轉換回線性偏振光。偏振的方向現在垂直於原本的偏針方向，因此光現在透射通過偏振分束器323。
DFM 305配置於第一透鏡元件群組309的焦點平面中。第二透鏡元件群組311的焦點位於成像透鏡315的光瞳平面321中。成像透鏡315的光瞳平面321是無法接近的。這表示波前操縱器305配置在成像透鏡315的光瞳的共軛平面中。因此，DFM 305的表面形式中的變化導致光學波長的兩倍變化，因此也導致波前的兩倍變化。由於第二透鏡元件群組及成像透鏡彼此之間有固定的距離，第二透鏡元件群組的焦點保持與聚焦單元在成像透鏡的光瞳平面中的位移無關。因此，針對聚焦群組的所有位置，波前操縱器係成像至成像透鏡的光瞳平面。
另一分束器323配置於第二透鏡元件群組311與成像透鏡315之間的光束路徑中。分束器323設計使得某些照明光由分束器表面反射且某些照明光被提供至觀察單元325。透過分束器層的合適設計，可提供照明光的預定部分至觀察單元325。通常只有選擇一小部分，例如1%、5%或10%。在此範例具體實施例中，此觀察裝置325實施為用以偵測由波前操縱 器305所設定的波前的波前感測器327。波前感測器327用以量測成像透鏡315的光瞳平面321中的波前。波前感測器327的入口窗口配置於第二透鏡元件群組311的焦點平面中。波前感測器327量測適合用以特徵化波前的資料。控制單元(此處未繪示)處理由波前感測器327所記錄的資料。此程序包含以下步驟：與一參考波前比較、由此比較來計算校正波前、從校正波前設定用於波前操縱器305的新控制信號、以及傳送控制信號至波前操縱器305。當波前已被校正後，可再次量測波前並可決定新的改良過的校正。因此建立了控制迴路。
成像透鏡315、觀察裝置325及第二透鏡元件群組311一起配置於可平行於光學系統的光學軸移動的平台上。這形成了包含成像透鏡315、觀察裝置325及第二透鏡元件群組311的聚焦單元313。同樣顯示了待檢查的樣品317，其在面對成像透鏡315的側面上具有平面表面。藉由平行於光學系統301的光學軸移動聚焦單元313，有可能同樣以平行於光學軸的方式改變在樣品317內的焦點位置。
選擇性地，聚焦單元313可包含更多元件。可能需要附加其他的λ/2板或λ/4板、用以符合安裝空間限制的偏折鏡或光學濾波器。λ/4或λ/2板也可具有相對大的延遲。由於多個波長的延遲不會影響垂直通道範圍內的偏振光學特性，也有可能在商業上獲得較高階的元件。在此處，階數由波長的整數倍指定。較高階的波片是有利的，因為它們對損害的敏感度較低，因此能夠更具成本效益地生產。其缺點為對偏振光學效應有較高的角度依賴。
在此具體實施例中，成像透鏡315在樣品側具有遠心具體實施例。因此，位在與面對成像透鏡315的樣品317的平面側相同距離處但具有不同橫向位置的焦點位置實質上具有相同的波前誤差。因此，需由波前操縱器305設定的必要校正波前實質上僅取決於與光學系統的光學軸平行的聚焦單元313的位置。這是有利的，因為波前校正在經由掃描單元進行橫 向掃描的過程中不需要被改變。因此，有可能獲得用於光學微影光罩的更有效率、更穩定且更快的校正方法。
相較於可由掃描單元307實現的焦點位置的橫向位移，光罩的橫向範圍為大。為了在光罩的透明材料內的任何位置處產生焦點，光罩施加至一橫向定位單元(此處未繪示)。這致能光罩317的快速且準確的橫向定位。也有可能當樣品由定位單元橫向地移動時進行光罩的校正。這表示樣品相對光學系統的速度v≠0m/s，而焦點產生於透明材料中的不同焦點位置處。由於在運動期間對畫素的此寫入，需要較少的時間來校正光罩317。
圖8顯示本發明的第五具體實施例的示意圖。根據第五具體實施例的此一裝置適合用以在樣品內產生焦點。在此情況中，樣品為用於光學微影的光罩。裝置可藉由在光罩的透明材料中的不可逆變化來校正用於光學微影的光罩。照明由脈衝雷射產生。照明光為線性偏振。基本結構類似於第四具體實施例的結構。
第五具體實施例中的光學系統401包含聚焦單元413，其設計用以將射線聚焦至一焦點，其中聚焦單元413以可移動的方式沿光學系統401的光學軸配置，使得沿光學系統401的光學軸的焦點位置可被改變。在此處，聚焦單元413包含光瞳平面421。後者成為光闌419的影像。此外，光學系統401包含波前操縱器405，其設計使得在彼此不同的聚焦單元413的至少兩個焦點位置處的波前誤差的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ。在此具體實施例中，光闌419位於波前操縱器405上或在其上游。波前操縱器405及成像透鏡415的光瞳平面421係相對彼此定位，使得撞擊於波前操縱器405的相同點上的射線撞擊在彼此不同的至少兩個焦點位置的光瞳平面421中的一共同點上。
光學系統401更包含第一透鏡元件群組409。聚焦單元413包含第二透鏡元件群組411及成像透鏡415，其中第二透鏡元件群組411的焦點位在成像透鏡415的光瞳平面421中。由於第二透鏡元件群組及成像透鏡彼 此之間有固定的距離，第二透鏡元件群組的焦點保持與聚焦單元在成像透鏡的光瞳平面中的位移無關。因此，針對聚焦群組的所有位置，波前操縱器係成像至成像透鏡的光瞳平面。
照明由脈衝雷射產生。照明光為線性偏振。具有例如3mm的光束直徑的雷射光束通過2-D掃描單元407。掃描單元407由兩個聲光偏折器(AOD)組成，以在兩個維度中導引光束。光被偏折的兩個AODs的軸線彼此互相垂直。形成Kepler系統的兩個其他透鏡元件群組係配置於2-D掃描單元與波前操縱器405之間。在本範例具體實施例中，其具有60mm及150mm的焦點長度。其用以將掃描單元470的樞軸點成像至波前操縱器405。在此範例中，光闌419配置於波前操縱器405上或其附近。成像透鏡415的光瞳平面421由此光闌的影像設定。
除了在第四範例具體實施例中所描述之配置於第二透鏡元件群組411及成像透鏡415之間的第一觀察單元425，此具體實施例包含另一觀察單元425。二向色(dichroic)分束器423配置於光束路徑中，其設計使得觀察光由分束器表面反射且某些觀察光被提供至另一觀察單元425。在此處，此另一觀察單元425實施為具有設置於其上游的透鏡元件的影像感測器。二向色分束器423設計使得其發射波長為532nm的光並反射波長為455nm±10nm的光。因此，需要另一光源以操作此另一觀察裝置425。具有532nm波長的脈衝雷射用以藉由寫入畫素來處理光罩；具有波長455nm±10nm的另一光源用以操作另一觀察裝置425。此另外的光源未示於圖8。另一光源可配置於樣品417的上面、下面或旁邊。另一觀察裝置425的影像感測器可用以監視橫向定位單元的精準位置及/或在控制迴路中使用定位單元的位置資料來控制定位單元。此外，影像感測器的影像可用以觀察光罩417的透明材料的處理。影像可用於光罩的校正的視覺控制，因此用於確保校正品質。
圖9的左側列中顯示波前操縱器405的垂度，其在此例中實 施為可變形反射鏡(DFM)。可變形反射鏡上的橫向、徑向位置在x軸上指定。每一個別圖表對應平行於光學軸的焦點位置。在此處，量測景深，其為與面對成像透鏡415的樣品417的平面表面的距離。圖表針對在深度0mm、2.5mm、5mm、7.5mm及10mm的焦點位置顯示。波前操縱器405的垂度顯示於圖表的y軸上。在由波前操縱器進行校正後所達成的RMS波前誤差根據橫向焦點位置繪示於圖9的右側列中，其針對平行於光學軸的相同焦點位置(深度)。
第五具體實施例的光學系統401具有Rayleigh參數dR=2.43μm。景深範圍約為4100．dR。針對高達120mm的橫向焦點位置獲得小於20mλ的RMS波前誤差。針對120μm到180μm或更多的橫向焦點位置，RMS波前誤差超過數值20mλ，但保持明顯低於100mλ。
圖10顯示本發明的第六具體實施例的示意圖。第六具體實施例中的光學系統501包含聚焦單元513，其設計用以將射線聚焦至一焦點535，其中聚焦單元513以可移動的方式沿光學系統501的光學軸配置，使得沿光學系統501的光學軸的焦點位置可被改變。在此處，聚焦單元513包含光瞳平面521。後者成為光闌519的影像。此外，光學系統501包含波前操縱器505，其設計使得在彼此不同的聚焦單元513的至少兩個焦點位置處的波前誤差的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ。在此具體實施例中，光闌519位於波前操縱器505上或在其上游。波前操縱器505及成像透鏡515的光瞳平面521係相對彼此定位，使得撞擊於波前操縱器505的相同點上的射線撞擊在彼此不同的至少兩個焦點位置的光瞳平面521中的一共同點上。光學系統501更包含第一透鏡元件群組509。聚焦單元513包含第二透鏡元件群組511及成像透鏡515，其中第二透鏡元件群組511的焦點位在成像透鏡515的光瞳平面521中。
掃描單元507包括相繼排列的兩個AODs。波前操縱器505實施為可變形反射鏡。與本發明的第四具體實施例及第五具體實施例相反， 由光源輻照在波前操縱器505表面的光束的平均入射角明顯不同於0°。這表示波前操縱器505的表面法線在反射前不與光學系統501的光學軸重合，且在反射後也不與系統的光學軸重合。這是有利的，因為不需要使用分束器或λ/4板。然而，維持可變形反射鏡的更容易獲得及可操縱性的優點。
另一偏振分束器523在光束路徑中配置於第二透鏡元件群組511及成像透鏡515之間。偏振分束器523設計使得觀察光由分束器表面反射且某些觀察光被提供至觀察單元525。在此範例具體實施例中，此觀察裝置525實施為波前感測器527，用以偵測由波前操縱器505設定的波前。
成像透鏡515、觀察裝置525及第二透鏡元件群組511一起配置於可平行於光學系統501的光學軸移動的平台上。這形成了包含成像透鏡515、觀察裝置525及第二透鏡元件群組511的聚焦單元513。
在此具體實施例中，第二透鏡元件群組511實施為具有f2=60mm的焦點長度。
圖11顯示本發明的第七具體實施例的示意圖。此具體實施例非常類似第六具體實施例。在此處，從光源入射在波前操縱器605上的光的平均入射角僅略為偏離0°。
將波前操縱器605的表面法線相對光學系統601的光學軸的傾斜角度保持為盡可能的小是有利的。因此，在波前操縱器605上發生的最大入射角同樣保持為小。這使得更容易獲得對所有射線的均勻反射率。此外，可變形反射鏡在大橫向焦點位置的情況下可造成較小的像差。
除了第六具體實施例的優點，因為某些透鏡元件另外被通過兩次，因此可省去某些透鏡元件。
圖12顯示本發明的第八具體實施例的示意圖。第八具體實施例的光學系統701包含具有至少一第一透鏡元件的第一透鏡元件群組709及聚焦單元713，其中聚焦單元713包含具有至少一第二透鏡元件的第二透鏡元件群組711及成像透鏡715，其中成像透鏡715具有至少一光瞳平面721 及焦點735，其中聚焦單元713沿光學系統701的一光學軸可移動地配置，使得焦點位置可沿光學系統的光學軸改變。第二透鏡元件群組711的焦點位在成像透鏡715的光瞳平面721中。此外，光學系統701包含波前操縱器705，其設計使得在彼此不同的成像透鏡715的至少兩個焦點位置處的波前誤差的RMS小於100mλ、較佳小於20mλ。
在此具體實施例中，波前操縱器705實施為一可變形反射鏡。波前操縱器705配置於第一透鏡元件群組709的焦點平面中且由第二透鏡元件群組711成像至成像透鏡715的光瞳721。由於成像透鏡715的光瞳721位在第二透鏡元件群組711的焦點平面中，波前操縱器705成像至光瞳。此成像與聚焦單元713的位置無關。
在2D掃描單元707的樞軸點附近的一點成像至光瞳的中心。掃描單元707偏折雷射光束，使得雷射光束與光學軸之間的角度可在0°到2.5°之間的範圍中調整。這對應在成像透鏡715的光瞳中的0°到1.25°之間的角度範圍。成像透鏡715的焦點長度為3.29mm。因此，橫向焦點位置由直徑為2．3.29mm．tan(1.25°)144μm的一圓描述。
樣品717中的數值孔徑為NA=0.6。樣品為折射率為n=1.335的水；光源的波長為532nm。因此，Rayleigh長度為dR=(λ．n)/(2．NA2)=0.986μm。
樣品中的橫向焦點位置可平行於光學系統701的光學軸設定於0<z<5280μm的深度範圍。這對應5350．dR的深度範圍。
圖13顯示可變形反射鏡705的垂度及作為RMS波前誤差的焦點品質。可看出，在包含高達72μm的橫向焦點位置及高達5350．dR的深度範圍的整體範圍上，具有小於100mλ的RMS波前誤差的焦點的品質是高的。若較差的焦點品質足以滿足應用的需求，則有可能選擇更大的橫向焦點位置的範圍。

Claims (18)

  1. 一種光學系統，包含：一第一透鏡元件群組，包含至少一第一透鏡元件，一聚焦單元，其設計以將光束聚焦至一焦點，其中該聚焦單元沿該光學系統的一光學軸可移動地配置，使得該焦點位置可沿該光學系統的光學軸改變，其中該聚焦單元包含一第二透鏡元件群組，其包含至少一第二透鏡元件，以及一成像透鏡，其中該成像透鏡更包含一光瞳平面，一掃描單元，其設計使得該焦點可相對該光學軸橫向地位移，一波前操縱器，其設計使得在彼此不同之該聚焦單元的至少兩個焦點位置處的該RMS波前誤差小於100mλ，較佳小於20mλ，其中該波前操縱器配置於該成像透鏡的該光瞳平面中、或於與該成像透鏡的該光瞳平面共軛的一平面中，或該掃描單元配置於與該成像透鏡的該光瞳平面共軛的一平面中且該波前操縱器配置於該光方向中之該掃描單元的上游，其特徵在於：該第二透鏡元件群組的該焦點位於該聚焦單元的兩個焦點位置處的該成像透鏡的該光瞳平面中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學系統，包含大於500 R ayleigh長度、較佳大於1000 Rayleigh長度、更佳大於2200 Rayleigh長度的一聚焦範圍。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該掃描單元實施為可傾斜反射鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該掃描單元包含兩個聲光偏折器，其改變在相互垂直方向中的焦點位置。
  5. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該波前操縱器定位於該第一透鏡元件群組的該焦點處。
  6. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該掃描單元定位於該第一透鏡元件群組的該焦點處。
  7. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該波前操縱器設計為一可變形反射鏡。
  8. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該聚焦單元係設計使得一樣品的一點成像至一影像平面中的一影像點。
  9. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該光學系統在該樣品側為遠心的。
  10. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中一光源產生照明光且一分束器配置於該光學系統中，使得某些該照明光被提供至一觀察裝置。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光學系統，其中該觀察裝置實施為一波前感測器，以偵測由該波前操縱器設定的該波前。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之光學系統，包含一控制單元，其比較由該波前感測器所記錄的資料與一參考波前，並將從該量測波前與該參考波前的偏差所計算的校正傳送至該波前操縱器。
  13. 如前述申請專利範圍第1項或第2項所述之光學系統，其中該系統包含為一脈衝雷射的一光源。
  14. 一種用以校正一光學微影光罩的缺陷的方法，該方法包含：提供如前述申請專利範圍之其中任一項所述的一光學系統，使用該聚焦單元沿該系統的一光學軸聚焦一第一焦點位置於該光學微影光罩內，經由一波前操縱器設定一波前，使得該RMS波前誤差小於100mλ、特別是小於20mλ，藉由在該光學微影光罩內的該第一焦點位置處引入一第一不可逆變化來校正該光罩的一第一缺陷。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之用以校正一光學微影光罩的缺陷的方法，其中該方法包含：使用該聚焦單元沿該系統的一光學軸聚焦一第二焦點位置於該光學微影光罩內，經由一波前操縱器設定一波前，使得該RMS波前誤差小於100mλ、特別是小於20mλ，藉由在該光學微影光罩內的該第二焦點位置處引入一第二不可逆變化來校正該光罩的一第二缺陷。
  16. 如申請專利範圍第14項或第15項所述之用以校正一光學微影光罩的缺陷的方法，其中該方法更包含在該光學微影光罩的一部份上橫向地掃描該焦點位置的步驟。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之用以校正一光學微影光罩的缺陷的方法，其中該方法包含使用一波前感測器量測一波前。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之用以校正一光學微影光罩的缺陷的方法，其中該方法包含以下步驟：比較該量測波前與一參考波前，從該比較來計算一校正波前，使得該RMS波前誤差降低，從該校正波前來設定用於該波前操縱器的新控制信號，以及傳送該控制信號至該波前操縱器。
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