TWI687662B - 度量衡系統、用於量測光束之光譜特徵的方法、及深紫外線光源 - Google Patents

度量衡系統、用於量測光束之光譜特徵的方法、及深紫外線光源 Download PDF

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Abstract

一種度量衡系統，其用於量測一脈衝光束之一光譜特徵。該度量衡系統包括：一光束均勻器，其在該脈衝光束之路徑中，該光束均勻器具有波前修改單元之一陣列，其中每一單元具有匹配於該光束之空間模式中的至少一者之一大小的一表面積；一光學頻率分離裝置，其在射出該光束均勻器之該脈衝光束的該路徑中，其中該光學頻率分離裝置經組態以與該脈衝光束相互作用及輸出對應於該脈衝光束之光譜分量的複數個空間分量；及至少一個感測器，其接收及感測該等輸出空間分量。

Description

度量衡系統、用於量測光束之光譜特徵的方法、及深紫外線光源
所揭示主題係關於一種裝置，其用於使光束均勻化以便量測及分析光譜特徵，諸如光束之頻寬或波長。
在半導體微影(或光微影)中，製造積體電路(IC)包括對半導體(例如，矽)基板(其亦被稱作晶圓)執行多種物理及化學製程。光微影曝光裝置或掃描器係將所要圖案施加至基板之目標部分上的機器。晶圓係由沿著軸向方向延伸之光束輻照，且將晶圓固定至載物台使得晶圓大體上沿著與軸向方向側向(且正交)之平面延伸。光束具有在深紫外線(DUV)範圍中之波長，例如，自約10奈米(奈米)至約400奈米。 光束係由光學源產生。可使用對光束之光譜特徵或屬性(例如，頻寬及波長)的準確瞭解，例如，以使得能夠控制晶圓處之最小特徵大小或臨界尺寸(CD)。CD與列印於晶圓上之特徵大小相關。
在一些一般態樣中，一種度量衡系統經組態以量測一脈衝光束之一光譜特徵。該度量衡系統包括：一光束均勻器，其在該脈衝光束之路徑中；一光學頻率分離裝置，其在射出該光束均勻器之該脈衝光束的該路徑中；及至少一個感測器。該光束均勻器包括波前修改單元之一陣列，且每一波前修改單元包括匹配於該脈衝光束之空間模式中的至少一者之一大小的一表面積。該光學頻率分離裝置經組態以與該脈衝光束相互作用，及輸出對應於該脈衝光束之光譜分量的複數個空間分量。該感測器接收及感測該等輸出空間分量。 實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，該度量衡系統亦可包括一控制系統，其連接至該至少一個感測器之一輸出且經組態以：針對一或多個脈衝量測來自該光學頻率分離裝置之該等輸出空間分量的一屬性；分析該所量測屬性以計算對該脈衝光束之該光譜特徵的一估計；及判定該脈衝光束之該所估計光譜特徵是否在光譜特徵之值的一可接受範圍內。該光譜特徵可為該脈衝光束之一頻寬。該度量衡系統亦可包括以光學方式連接至該脈衝光束之一光譜特徵選擇系統。該控制系統可連接至該光譜特徵選擇系統；且若該控制系統判定該脈衝光束之該所估計之光譜特徵在可接受範圍外部，則該控制系統可經組態以將調整信號發送至該光譜特徵選擇系統以修改該脈衝光束之該光譜特徵。 在一波前修改單元之一表面積係在該空間模式之該面積的0.5倍與1.5倍之間的情況下，該波前修改單元表面積可匹配於該脈衝光束之一模式大小。在一波前修改單元之一表面積係在該空間模式之該面積的0.9倍與1.1倍之間的情況下，該波前修改單元表面積可匹配於該脈衝光束之一模式大小。 該度量衡系統亦可包括在該脈衝光束之該路徑中的一光學擴散器，其中該光束均勻器接收自該光學擴散器輸出之該脈衝光束。該光學擴散器可包括一微透鏡陣列。 該度量衡系統可包括在產生該脈衝光束之一源與一光微影曝光裝置之間的路徑中之一光束分離器件。該光束分離器件可將一第一百分比之脈衝光束朝向該光束均勻器引導，且可將一第二百分比之脈衝光束沿著該路徑朝向該光微影曝光裝置引導。該度量衡系統亦可包括在該光束分離器件與該光束均勻器之間的一光學時間脈衝延展器。該光學時間脈衝延展器可為一被動光學元件。 該光束均勻器可包括具有複數個波前修改單元之一陣列。該光束均勻器可包括接收該陣列之脈衝光束輸出的一透鏡。 該光束均勻器可包括至少兩個陣列，每一陣列具有複數個波前修改單元。該光束均勻器可包括接收該至少兩個陣列之脈衝光束輸出的一透鏡。該度量衡系統可包括一致動器，其連接至該至少兩個陣列中之一或多者，且經組態以調整該至少兩個陣列之間的一距離。 均勻化光束平面可在該透鏡之焦平面處。該度量衡系統可包括在該均勻化光束平面處之一自旋擴散器。 該透鏡可具有一焦距，該焦距足夠大以使得來自該至少兩個陣列之該陣列的該輸出光束之繞射尖峰之間的間距大於自該光束均勻器接收該輸出光束之該至少一個感測器的一面積。 該波前修改單元陣列可由氟化鈣、熔融矽石、氟化鋁、經囊封氟化鎂、氟化釓或氟化鋁鈉製成。 該波前修改單元陣列可包括透鏡或微透鏡之一陣列。 該波前修改單元陣列可為一透射單元陣列。 該光學頻率分離裝置可包括一或多個標準具。 該脈衝光束可具有複數個波長，至少一些波長在深紫外線範圍內。該脈衝光束之該空間模式的該大小可對應於跨越該脈衝光束之一橫向區域，其中該橫向區域內之所有點皆具有一固定相位關係。 該光束均勻器可在自一光學源之一功率放大器輸出之一脈衝光束的路徑中。該光束均勻器可在自一光學源之一主控振盪器輸出之一脈衝種子光束的路徑中。 在其他一般態樣中，一種度量衡系統經組態以量測一脈衝光束之一光譜特徵。該度量衡系統包括：一光束均勻器，其在該脈衝光束之路徑中；一光學頻率分離裝置，其接收射出該光束均勻器之該脈衝光束；及至少一個感測器，其接收及感測該等輸出空間分量。該光束均勻器包括：一對陣列，每一陣列具有複數個波前修改單元；及一透鏡。該對陣列之該等波前修改單元間隔開且經大小設定以使得將傳遞通過該光束均勻器之該脈衝光束的每一空間模式投影至該透鏡之焦平面處的相同區域。該光學頻率分離裝置經組態以與該脈衝光束相互作用，及輸出對應於該脈衝光束之光譜分量的複數個空間分量。 實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，每一波前修改單元可具有匹配於該脈衝光束之一空間模式之一大小的一表面積。一波前修改單元之表面積可在該空間模式之該面積的0.5倍與1.5倍之間。該脈衝光束之該空間模式的該大小可對應於跨越該脈衝光束之一橫向區域，其中該橫向區域內之所有點皆具有一固定相位關係。 該度量衡系統可包括連接至該至少一個感測器之一輸出的一控制系統，該控制系統可經組態以：針對該脈衝光束之一或多個脈衝量測該等輸出空間分量之一屬性；分析該所量測屬性以計算對該脈衝光束之該光譜特徵的一估計；及判定該所估計光譜特徵是否在該光譜特徵之值的一可接受範圍內。 該度量衡系統可包括在該脈衝光束之該路徑中的一光學擴散器，且該光束均勻器可接收自該光學擴散器輸出之該脈衝光束。 該度量衡系統可包括在該透鏡之該焦平面處的一自旋擴散器。 該光學頻率分離裝置可包括一或多個標準具。 在其他一般態樣中，一種深紫外線光源包括：一光學源，其包括產生一脈衝光束之至少一個增益介質；一光束分離器件，其將該脈衝光束之一第一部分沿著一度量衡路徑引導且將該脈衝光束之一第二部分沿著一微影路徑引導；一度量衡系統，其在該度量衡路徑中；及一光束遞送系統，其在該微影路徑中，該光束遞送系統自該光學源接收該脈衝光束且將該脈衝光束引導至一光微影曝光裝置。該度量衡系統包括：一光束均勻器，其在該脈衝光束之該路徑中，該光束均勻器具有至少一對陣列，每一陣列具有複數個波前修改單元；一透鏡，其中該對陣列之該等波前修改單元間隔開且經大小設定以使得將傳遞通過該光束均勻器之該脈衝光束的每一空間模式投影至該透鏡之焦平面處的相同區域；一光學頻率分離裝置，其接收射出該光束均勻器之該脈衝光束，且經組態以與該脈衝光束相互作用及輸出對應於該脈衝光束之光譜分量的複數個空間分量；及至少一個感測器，其接收及感測該等輸出空間分量。 實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，該光源可包括在該光束分離器件與該光束均勻器之間的一光學時間脈衝延展器。 該光學源可包括：一第一增益介質，其係產生一脈衝種子光束之一主控振盪器的一部分；及一第二增益介質，其彼自該主控振盪器接收該脈衝種子光束且輸出該脈衝光束之一功率放大器的一部分。一光束均勻器可在該脈衝種子光束之一路徑中，或一光束均勻器可在自該功率放大器輸出之該脈衝光束的一路徑中。一第一光束均勻器可在該脈衝種子光束之該路徑中，且一第二光束均勻器可在自該功率放大器輸出之該脈衝光束的該路徑中。 在其他一般態樣中，一種用於量測一脈衝光束之一光譜特徵的方法，其包括：使該脈衝光束均勻化，其包括將該脈衝光束之每一橫向空間模式投影至一光束均勻化平面處之相同橫向區域；使該均勻化脈衝光束與一光學頻率分離裝置相互作用，該光學頻率分離裝置輸出對應於該脈衝光束之該等光譜分量的空間分量；感測該等空間分量；量測該等所感測空間分量之一屬性；分析該等所量測屬性以估計該脈衝光束之一光譜特徵；及判定該脈衝光束之該所估計光譜特徵是否在光譜特徵之一可接受範圍內。 實施可包括以下特徵中之一或多者。舉例而言，若判定該脈衝光束之該所估計之光譜特徵在可接受範圍外部，則可將調整信號發送至一光譜特徵選擇系統以修改該脈衝光束之該光譜特徵。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張美國申請案第15/364,006號之優先權，該美國申請案係在2016年11月29日被申請且以全文引用之方式併入本文中。 參看圖1，光微影系統100包括產生脈衝光束110之光學源105，脈衝光束110被引導至微影曝光裝置115以用於將晶圓120上之微電子特徵圖案化。光微影系統100使用波長在深紫外線(DUV)範圍中之脈衝光束110，例如，波長在約10奈米(nm)與約400奈米之間。舉例而言，波長可為248奈米或193奈米。在晶圓120上圖案化之微電子特徵的大小取決於脈衝光束110之波長，其中較低波長導致微電子特徵之較小最小大小。當脈衝光束110之波長為248奈米或193奈米時，微電子特徵之最小大小可為(例如) 50奈米或小於50奈米。脈衝光束110在晶圓120處之聚焦位置與光束110之波長相關。此外，脈衝光束110之頻寬可影響此等特徵之臨界尺寸(CD)。 經量測或經判定且用於分析及控制脈衝光束110之頻寬可為脈衝光束之光譜200的實際瞬時頻寬，如圖2中所展示。光譜200含有關於脈衝光束110之光學能量或功率在不同波長(或頻率)上如何分佈的資訊。脈衝光束110之光譜200以圖形式描繪，其中光譜強度(不必藉由絕對校準)隨著波長或光學頻率之變化而標繪。光譜200可被稱作脈衝光束110之光譜形狀或光譜。脈衝光束110之光譜屬性或特徵包括光譜之任何態樣或表示。舉例而言，頻寬為光譜特徵。脈衝光束之頻寬為光譜形狀之寬度的量度，且此寬度可依據雷射光之波長或頻率而給定。與光譜200之細節相關的任何合適數學建構(即，度量值)可用於估計表徵脈衝光束之頻寬的值。舉例而言，在光譜形狀之最大峰值強度之一分率(X)處之光譜的全寬(被稱作FWXM)可用以表徵脈衝光束頻寬。作為一個實例，在常用的光譜形狀表徵中，分率X係50%，且各別度量值通常被稱作半高全寬(FWHM)。作為另一實例，含有積分光譜強度之一分率(Y)之光譜的寬度(被稱作EY)可用以表徵脈衝光束頻寬。在一個實例中，在通常用於表徵脈衝光束110之光譜屬性時，分率Y係95%。 各種干擾(諸如光學源105中之增益介質的密度或壓力、光學組件之溫度梯度、壓力梯度、光學失真)作用於光學源105及脈衝光束110以修改脈衝光束110之光譜屬性或特徵。舉例而言，由與脈衝光束110相互作用之光學組件造成的色像差可造成脈衝光束110之頻寬增大。因此，光微影系統100包括其他組件，諸如光譜特徵選擇系統130、至少一個量測(或度量衡)系統170及控制系統185，該等組件用以判定該等干擾對脈衝光束110產生之影響及校正此等干擾對脈衝光束110產生之效應。 由於該等干擾，因此在晶圓120處之脈衝光束110之實際光譜特徵(諸如，頻寬或波長)可不對應於所要光譜特徵或與所要光譜特徵匹配。因此，在操作期間藉由根據光譜200估計度量值之值來量測或估計脈衝光束110之實際光譜特徵(諸如頻寬)，以使得操作員或自動化系統(例如，回饋控制器)可使用經量測或估計之脈衝光束110的頻寬來調整光學源105之屬性及調整脈衝光束110之光譜。 參看圖3，為此目的，度量衡系統170包括光束分離器160及診斷裝置165。診斷裝置165接收藉由光束分離器160而與脈衝光束110分離之脈衝光束110'。將光束分離器160置放於光學源105與光微影曝光裝置115之間的路徑中。光束分離器160將脈衝光束110' (其為脈衝光束110之第一部分或第一百分比)引導至診斷裝置165中，且將脈衝光束110之第二部分或第二百分比朝向曝光裝置115引導。在一些實施中，大部分脈衝光束110係在第二部分中朝向曝光裝置115引導。舉例而言，光束分離器160將脈衝光束110之一分率(例如，1%至2%)引導至診斷裝置165中，且因此，脈衝光束110'之功率約為脈衝光束110之1至2%。光束分離器160可為(例如)光束分裂器。 診斷裝置165包括光譜偵測系統310，光譜偵測系統310基於關於脈衝光束110'之光譜200的資訊而量測光脈衝束110之光譜特徵(諸如頻寬及/或波長)。如本文中所論述，光譜偵測系統310包括：光譜儀(諸如標準具光譜儀)，其與脈衝光束110'相互作用且輸出對應於脈衝光束110'之光譜分量的空間分量；及感測器，其基於所輸出之空間分量而估計光譜特徵。 為了對感測器處之脈衝光束110'的光譜含量均一取樣、為了使脈衝光束110'之強度在感測器處均勻分佈且為了提供對來自感測器之光譜特徵進行較準確量測，診斷裝置165包括光束均勻器305，光束均勻器305係光束製備系統300之部分。光束均勻器305包括相干區域匹配裝置315，相干區域匹配裝置315經組態以減少散斑雜訊，及改良照射於光譜偵測系統310之感測器上之脈衝光束110'的光束均勻化。相干區域匹配裝置315使脈衝光束110'之不同空間分量混合，及在脈衝光束110'進入標準具光譜儀之前，使脈衝光束110'之強度剖面平滑。此外，相干區域匹配裝置315修改光束110'，使得脈衝光束110'之空間模式(為其橫向電磁模式)在光束均勻化平面(BHP)處重疊，之後進入光譜偵測系統310。在脈衝光束110'進入光譜偵測系統310之前，相干區域匹配裝置315會減小脈衝光束110'之空間相干性。 如圖4A及圖4B中所展示，相干區域匹配裝置315包括波前修改單元418之至少一個陣列416。陣列416經配置以垂直於光束路徑之方向；在此實例中，將光束路徑指明為Z方向。每一波前修改單元418係修改脈衝光束110'之波前的光學元件。舉例而言，每一波前修改單元418可為諸如透鏡之具有凸形表面的折射光學元件，且因此，陣列416可為微透鏡陣列。 在一些實施中，陣列416之微透鏡418係以週期性二維柵格形式配置以形成陣列，其中微透鏡418之鄰近中心之間的距離(沿著垂直於Z方向之X-Y平面截取)係由標準距離分離，該標準距離被稱作間距P。 此外，每一波前修改單元418具有沿著X-Y平面截取之面積(A(C))。波前修改單元418之面積A(C)在數學上與陣列416之間距P相關，陣列416之間距P係X-Y平面中之鄰近波前修改單元之中心之間的最短距離。將每一波前修改單元418之面積A(C)匹配至脈衝光束110'之橫向空間模式417中之一或多者的大小(例如，面積A(SM))。橫向空間模式417之大小或面積A(SM)係沿著垂直於光束路徑(Z方向)之平面(X-Y平面)截取的面積。 在一些實施中，有可能針對陣列416之波前修改單元418使用面積A(C)之隨機或偽隨機分佈。舉例而言，可將每一波前修改單元418之面積A(C)匹配至光束110'之相干屬性，且因此，陣列416中之特定波前修改單元418的面積可與陣列416之其他波前修改單元418的面積相異。 橫向空間模式係在光學源105之諧振器內發生一個來回之後自身再生之電磁場分佈。因為光學源105內之諧振器的幾何形狀及組態，所以橫向空間模式可具有複雜的強度分佈且可不明確界定。取決於光學源105之幾何形狀及組態，每一橫向空間模式具有相異的波長，且脈衝光束110'可具有約1000至2000個橫向空間模式。舉例而言，在光束分離器160之輸出處，在正交橫向方向上，脈衝光束110'之橫向空間模式的所估計大小或面積為0.7毫米×0.1毫米。若脈衝光束110'之整體橫向大小為12.5毫米×12.5毫米，則在光束分離器160之輸出處，脈衝光束110'中將會存在約1800個相干單元。圖4B中所展示之脈衝光束110'的例示性橫向空間模式417係沿著Z方向截取之視圖，且僅為相當簡單之橫向模式的示意性圖示，該示意性圖示僅出於說明之目的而展示且可並非脈衝光束110'之若干模式中之任一者中產生的實際強度分佈。另外，陣列416及波前修改單元418並未按比例繪製。 在波前修改單元面積A(C)係在空間模式大小A(SM)之0.5至1.5倍內(例如，在0.9至1.1倍內)的情況下，波前修改單元之面積A(C)可被視為「匹配於」橫向空間模式大小A(SM)。藉由將波前修改單元面積A(C)匹配至空間模式大小A(SM)，有可能將脈衝光束110'之所有空間模式投影至相干區域匹配裝置315下游之光束均勻化平面處的相同區域。在一些情形(例如，橫向空間模式較清楚界定及/或彼此不重疊之情形)中，波前修改單元面積A(C)與橫向空間模式大小A(SM)之間的較接近匹配(例如，在0.9至1.1倍內)可為有益的。 可藉由估計脈衝光束110'之空間相干性面積或大小而判定空間模式大小A(SM)，此係因為單一空間模式417內存在相干性，且因此，空間模式417之區域內的所有點彼此具有固定相位關係。藉由量測藉由不同距離分離且置放於脈衝光束110'之路徑中的兩個針孔之間的干涉條紋，可判定空間相干性面積。 亦如圖4A中所展示，光束均勻器305可包括用於修改脈衝光束110'之態樣的其他元件或組件。舉例而言，光束均勻器亦可包括脈衝延展器系統420、擴散器系統425及空間調整系統430。 脈衝延展器系統420包括脈衝延展器，脈衝延展器以光學方式作用於脈衝光束110'以增加脈衝光束110''中之脈衝中之每一者的持續時間而不引入大量損耗，使得降低脈衝光束110'之峰值功率而不降低其平均功率。在脈衝光束110'進入相干區域匹配裝置315之前，脈衝延展器系統420作用於脈衝光束110'以進一步減少可在均勻化光束平面處發現的光學散斑雜訊。脈衝延展器系統420係光學元件之光學及被動組態，該等光學元件將脈衝光束110'之脈衝的振幅分裂成若干分裂部分、在此等分裂部分當中引入光延遲，且接著重組脈衝之此等時間延遲部分以在輸出處提供脈衝光束110'之時間延展脈衝。以此方式，組合脈衝之不相干的不同時間部分，且進一步減少脈衝光束110'之散斑雜訊，且因此改良脈衝光束110'之空間均一度。 如下文更詳細地論述，脈衝延展器系統420因此可包括諸如光束分裂器及反射光學件之光學組件。反射光學件可為扁平鏡面或彎曲(例如，凹形或凸形)鏡面，該等鏡面可共焦。由脈衝延展器系統420產生之脈衝的分裂部分中引入的延遲等於或長於脈衝光束110'之快速時間分量。舉例而言，來自光學源之脈衝光束110'的脈衝持續時間可為約40奈秒。此外，在一些實施中，測試資料指示：在任何給定時刻，該脈衝與屬於彼給定時刻之2.5奈秒的脈衝中之其他時刻在時間上相干，但脈衝與延遲超過2.5奈秒之脈衝中之時刻的相干性顯著縮減。因此，在此實例中，相干時間(其為脈衝之相位或振幅大量漂移之延遲)為約2.5奈秒。在此實例中，分裂部分中引入之延遲可為約2.5奈秒，且分裂部分在一個遍次上通過脈衝延展器系統420之總路徑長度可為約數十公分(cm)或約70至80公分。在下文中參考圖5論述脈衝延展器系統420之一實例。 擴散器系統425包括一或多個光學元件，該一或多個光學元件經組態以在脈衝光束110'進入相干區域匹配裝置315之前使脈衝光束110'均勻地擴散。擴散器系統425使得脈衝光束110'遍及相干區域匹配裝置315均勻地散佈，因此最小化或移除高強度明亮光點。擴散器系統425以如下方式變更脈衝光束110'之角發散：確保自擴散器系統425輸出之脈衝光束110'的角發散小於相干區域匹配裝置315內之陣列416的受光角。舉例而言，擴散器系統425可修改脈衝光束110'之角發散，使得角發散比陣列416之受光角小得多(例如，小20%至40%)。擴散器系統425使繞射尖峰平滑或以其他方式緩解繞射尖峰，繞射尖峰有時可由相干區域匹配裝置315產生。擴散器系統425會產生繞射尖峰之多個側向(亦即，在空間上沿著垂直於脈衝光束110'之方向的方向)移位複本，擴散器系統425接著使影像平面(在光譜偵測系統310中)處之脈衝光束110'的強度剖面平滑。擴散器系統425可為微透鏡陣列或繞射光學件(其可為透射或反射的)。擴散器系統425可為靜止的或固定的微透鏡陣列或繞射光學件。在下文中參考圖5論述擴散器系統425之一實例。 空間調整系統430經置放於相干區域匹配裝置315之輸出處，且起作用以使脈衝光束110'折射，從而使歸因於相干區域匹配裝置315之週期性性質而造成的繞射尖峰之間的間距散開。以此方式，繞射尖峰之間的間距可藉由空間調整系統430而增大，使得該間距大於光譜偵測系統310內之感測器的所關注區。空間調整系統430可為透鏡，該透鏡經定位成使得其焦平面與相干區域匹配裝置315之光束均勻化平面重疊。在下文中參考圖5論述空間調整系統430之一實例。 參看圖5，展示例示性度量衡系統570。在圖5之度量衡系統570中，診斷裝置565接收已藉由光束分離器560而與主脈衝光束110分離之脈衝光束110'。診斷裝置565包括光束製備系統500，光束製備系統500具有光束均勻器505，光束均勻器505包括脈衝延展器系統520、擴散器系統525、相干區域匹配裝置515及空間調整系統530。度量衡系統570內之所有光學組件係由經組態以在對應於脈衝光束110'之波長的波長範圍內(例如，在DUV波長範圍內)操作的材料及塗層製成。 脈衝延展器系統520包括光束分裂器521，光束分裂器521將脈衝光束110'之脈衝的振幅分裂成振幅部分，及使用一組鏡面522A、522B、522C、522D來使分裂部分圍繞環形循環。在圍繞環形循環之後，分裂部分之時間延遲部分會射出脈衝延展器系統520，且與透射通過光束分裂器521之分裂部分重組。鏡面522A、522B、522C、522D可為扁平或彎曲的。 擴散器系統525係微透鏡陣列，該微透鏡陣列被置放於脈衝延展器系統520之輸出處且在相干區域匹配裝置515之前。如先前所論述，擴散器系統525使脈衝光束110'擴散且亦以如下方式變更脈衝光束110'之角發散：確保脈衝光束110'之角發散小於相干區域匹配裝置515內之陣列的受光角。 在一些實施中，相干區域匹配裝置515包括一對波前修改器件516A、516B。每一器件516A及516B包括波前修改單元之二維陣列(諸如圖4中所展示)。舉例而言，如圖6中所展示，相干區域匹配裝置615包括微透鏡陣列616A及616B以作為波前修改器件516A及516B。每一陣列616A、616B包括微透鏡618A、618B之各別集合以作為波前修改單元，每一微透鏡618A、618B使脈衝光束110'之光折射。在圖6中，僅參考三個微透鏡618A、618B，且陣列中可存在更多或更少個微透鏡。陣列616A之微透鏡618A係以週期性二維柵格形式配置以形成陣列，其中微透鏡618A之鄰近中心之間的距離分離標準距離，該標準距離被稱作間距P。 如先前所論述，陣列616A及616B經配置以垂直於光束路徑之方向；在此實例中，將光束路徑指明為Z方向，且因此，陣列沿著X-Y平面延伸。此外，陣列616A之微透鏡618A沿著X-Y平面與陣列616B之微透鏡618B對準。每一微透鏡係較小透鏡，其直徑或長度小於一毫米(mm)，且常常為10微米(µm)小。單一微透鏡係用以使光折射之具有一個平面表面及一個球形凸形表面的單一元件。將陣列616A及616B之微透鏡應用於諸如各別基板619A及619B之支撐件。微透鏡618A、618B及基板619A、619B係由對光束110'之波長範圍透射的材料製成。在一些實施中，微透鏡618A、618B及各別基板619A、619B係由氟化鈣製成。 在其他實施中，相干區域匹配裝置315包括單一波前修改器件(諸如器件516A)，且單一波前修改器件316與診斷裝置165之其他態樣一起用以使光束110'均勻化以便對感測器處之脈衝光束110'的光譜含量均一取樣、使脈衝光束110'之強度在感測器處均勻分佈，及提供對來自感測器之光譜特徵進行較準確量測。在此等實施中，相干區域匹配裝置315仍然將會經組態以減少散斑雜訊，及改良照射於光譜偵測系統310之感測器上之脈衝光束110'的光束均勻化。甚至在使用單一波前修改器件516A的情況下，相干區域匹配裝置315能夠使脈衝光束110'之光譜含量混合，及在脈衝光束110'進入標準具光譜儀之前，使脈衝光束110'之強度剖面平滑。另外，使用單一波前修改器件516A之相干區域匹配裝置315可修改脈衝光束110'，使得脈衝光束110'之空間模式(為其橫向電磁模式)在光束均勻化平面(BHP)處重疊，之後進入光譜偵測系統310。 在此實例中，微透鏡618A、618B具有六邊形形狀(沿著X-Y平面)，且其經配置以維持高填充因子，此意謂每一微透鏡618A、618B之間曝光極小基板。關於由微透鏡618A、618B覆蓋之區域與微透鏡618A、618B之間的經曝光基板619A、619B之區域的百分比而量測填充因子，且填充因子可為至少90%。微透鏡618A、618B可為平凸形狀，其中平面側面向各別基板619A、619B。藉由脈衝光束110'之橫向大小及脈衝光束110'之橫向空間模式的大小而判定陣列616A、616B之尺寸。 此外，如上文所論述，將每一微透鏡618A、618B之面積A(C)匹配至脈衝光束110'之每一空間模式417的大小A(SM)。微透鏡618A、618B之面積A(C)直接與間距P相關。脈衝光束110'之空間模式417係由光學源105之諧振器內的設計及邊界條件形成。脈衝光束110'之空間模式係在垂直(亦即，橫向)於脈衝光束110'之傳播方向的平面中所量測之輻射的特定電磁場圖案。空間模式(其為橫向模式)自身表現為空間強度分佈，且每一空間模式與相異的波長相關聯。每一空間模式界定空間相關之場圖案，且可被視為相干單元。在此內容背景中，相干性係指空間相干性，其側向地(垂直於脈衝光束110'之方向)或縱向地(平行於脈衝光束110'之方向)描述空間中之不同點處的波之間的相關性(或可預測關係)。因此，空間相干性描述當隨著時間推移而平均化時，(脈衝光束110'之)波之延伸區中的空間中之兩個點能夠進行干涉。可將空間相干性視為橫向於脈衝光束110'之傳播方向的波前中之相位關係的量度。相干單元之區域係其內所有點皆具有固定相位關係之波前的區。 在一些實施中，間距P係用以緊密地匹配於為約0.15毫米之空間模式長度之為約0.1至約0.2毫米的值。在一個實例中，陣列616A、616B具有沿著X-Y平面截取為約10.8毫米×10.8毫米之維度，且陣列616A、616B可被配置成具有沿著X方向及Y方向中之每一者約80至90個微透鏡618A、618B的柵格。六邊形微透鏡618A之0.15毫米的間距P大體上對應於為約0.017平方毫米之面積A(C)。微透鏡陣列616A之平面處的脈衝光束110'之估計的橫向空間模式大小為約0.3毫米×0.1毫米。在此實例中，橫向空間模式之大小對應於為約0.016平方毫米之面積。如上文所論述，光束分離器160之輸出處的脈衝光束110'之橫向空間模式的大小在正交橫向方向上為約0.7毫米×0.1毫米，但藉由在照明微透鏡陣列616A之前與波前修改光學件相互作用，，可將脈衝光束110'之橫向空間模式的此大小沿著正交橫向方向中之一者減小約2.3倍。 此外，相較於沿著Y方向，沿著X方向在柵格中有可能存在不同數目個微透鏡618A、618B，或微透鏡618A、618B之形狀具有不同間距P。 此外，可運用實體地連接至陣列616A及616B中之一或多者的致動器而調整陣列616A與616B之間的間距或距離D。在所展示之實例中，距離D係沿著Z方向。致動器可連接至控制系統185。 再次參看圖5，空間調整系統530係透鏡，該透鏡經定位成使得其焦平面與相干區域匹配裝置615之光束均勻化平面BHP重疊。在此實例中，將移動(例如，自旋)擴散器535置放於光束均勻化平面BHP處。在下文論述自旋擴散器535。 亦參看圖7，每一微透鏡618A、618B之焦距及每一微透鏡618A、618B之孔徑大小會判定藉由每一微透鏡618A、618B進行取樣之脈衝光束110'的發散度。在陣列616B位於陣列616A之焦平面處(且因此，距離D等於陣列616A之焦距)的情況下，此發散度以及透鏡630之焦距會判定光束均勻化平面BHP處之脈衝光束110'的大小或面積(沿著橫向於脈衝光束110'之方向的方向上截取)。若陣列616A與陣列616B之間的距離D變化，則光束均勻化平面BHP處之在橫向方向上之脈衝光束110'的大小會變化。藉由使光束均勻化平面BHP處之脈衝光束110'的橫向大小變化，有可能改變(例如，衰減)光譜偵測系統510 (圖5)內之感測器550上的通量位準。陣列616B用以增大相干區域匹配裝置515之視場或受光角。 在此實例中，微透鏡618A、618B之彎曲或凸形表面可面向彼此(如圖6中所展示)。詳言之，若微透鏡618A、618B係平凸透鏡，則微透鏡陣列616A、616B可經定向成使得陣列616A之微透鏡618A的凸形表面最接近於陣列616B之微透鏡618B的凸形表面。在相較於各別基板619A、619B之厚度T，每一微透鏡之焦距相對短的情況下，此設計可為有用的。在一個實例中，基板619A或619B之厚度T為約2至3毫米，而微透鏡618A或618B之焦距為約6毫米。藉由將微透鏡618A、618B之彎曲表面配置成面向彼此，有可能確保陣列616A之焦平面保持在另一陣列616B之基板619B外部。此組態可提供光譜偵測系統510之感測器550處之較大範圍的通量衰減，此係因為陣列616A、616B之兩個微透鏡表面可緊密觸碰。 在每一微透鏡之焦距為約厚度T的實例中，於是有可能將陣列616A、616B定向成使得微透鏡618A、618B之凸形表面並未面向彼此。此定向可適用於微透鏡616A之焦距比基板619A之厚度T大得多的情形。此外，在微透鏡616A之焦距為約基板619A之厚度T的情形中，於是兩個微透鏡陣列616A、616B可由單一基板製成，如關於圖13所論述。 如圖7中所展示，該對陣列616A、616B之微透鏡618A、618B沿著X-Y平面間隔開(達D之值)且經大小設定以使得將傳遞通過相干區域匹配裝置615之脈衝光束110'的每一空間模式投影至透鏡530之焦平面處的相同區域，焦平面與光束均勻化平面BHP重疊。光束均勻化平面BHP處之經均勻化脈衝光束110'的形狀與微透鏡618A、618B的形狀相同，且因此將為六邊形形狀。在陣列616B位於陣列616A之焦平面處的情況下(在此狀況下，D將會等於陣列616A之焦距)，光束均勻化平面BHP處之六邊形形狀側的長度為約2至4毫米。 再次參看圖5，將自旋擴散器535置放於光束均勻化平面BHP處，光束均勻化平面BHP為已使脈衝光束110'均勻化之平面。自旋擴散器535為圍繞脈衝光束110'之路徑方向旋轉的擴散器。擴散器535使脈衝光束110'擴散成錐形以填充光譜偵測系統510之孔徑561。自旋擴散器535亦在強度方面減少脈衝光束110'內之任何尖峰，該等尖峰可由對在相干區域匹配裝置515內進行取樣之空間模式之複本的干涉引起。此外，將孔徑561置放於光譜偵測系統510內之輸入透鏡562的焦平面FP (562)處。藉由將光譜偵測系統510之孔徑561定位於輸入透鏡562之焦平面FP (562)處，來自焦平面FP (562)之每一點充當點源，且因此，輸入透鏡562用以在光束110'進入標準具563之前使脈衝光束110'準直。將輸出透鏡564定位於標準具563之出口處，使得輸出透鏡564之焦平面FP(564)與感測器550之作用區域重疊。 在一些實施中，標準具563包括一對部分反射玻璃或光學平板563A、563B，其可間隔開短距離(例如，數毫米至數公分)，其中反射表面面向彼此。在其他實施中，標準具563包括具有兩個平行的反射表面之單個板。可以楔形形狀製備平板563A、563B以防止後表面產生干涉條紋；後表面常常亦具有抗反射塗層。在脈衝光束110'傳遞通過配對平板563A、563B時，光束110'經多次反射，且產生複數個透射射線，該等透射射線係由輸出透鏡564收集且被引至感測器550之作用區。取決於透射射線之方向，干涉效應會產生脈衝光束110'之不同光譜分量的構造性及破壞性干涉，使得僅僅選擇的光譜分量會沿著給定射線之方向透射。以此方式，將脈衝光束110'之光譜含量映射至透射射線之空間方向中。視需要，光譜偵測系統510亦包括光延遲580，以確保感測器550係在輸出透鏡564之焦平面處。 亦參看圖8，提供光譜偵測系統510之較多細節。 標準具563與脈衝光束110'相互作用且輸出對應於脈衝光束110'之光譜分量的複數個空間分量574。脈衝光束110'之光譜分量係在脈衝光束110'之光譜572中；因此，其對應於脈衝光束110'之光學能量或功率在不同波長上如何分佈。空間分量574對應於映射至二維空間中之此等強度。因此，標準具563將脈衝光束110'之光譜資訊(諸如波長)轉換成可由感測器550感測或偵測之空間資訊。該轉換將光譜資訊(諸如波長)映射至空間中之不同位置，使得光譜資訊可由感測器550觀測到。 標準具563產生干涉圖案以作為空間分量574，干涉圖案之外觀為一組同心環。在孔徑561上之脈衝光束110'的強度分佈較均一的情況下，干涉圖案之外觀為較均一強度分佈。詳言之，該等環之銳度取決於標準具563之平板563A、563B的反射率。因此，若平板563A、563B之反射率較高(使得標準具具有高品質(Q)因子)，則當脈衝光束110'為單色光束時，標準具563會產生與暗背景成對照之一組窄明亮環。換言之，即使脈衝光束110'之兩個光譜分量574係同樣以光譜形式表示，各別干涉圖案環之峰值強度亦將不會相等，除非輸入至標準具563之光束均一地照明兩個對應射線方向。隨波長而變之標準具563之透射以所得條紋圖案571展示，該圖案產生引導至控制系統185之光譜572。 雖然展示了完整干涉圖案，但不需要執行計算或估計；替代地，有可能僅在稍微大於感測器550之作用區域的區內產生條紋。 感測器550接收及感測輸出空間分量574。感測器550可由線性軸界定，線性軸大體上指示感測器550之感測區的作用區域。感測區之線性軸可垂直於空間分量574之傳播方向。 感測器550可為接收及感測輸出空間分量574之偵測器。舉例而言，可用以沿著一個維度進行量測的一種類型之合適偵測器係線性光電二極體陣列。線性光電二極體陣列由具有相同大小之多個元件組成，形成在在一個封裝中之相等間距處之線性配置中。光電二極體陣列對脈衝光束110'中含有之波長敏感；因此，若脈衝光束110'具有僅含有在深紫外線範圍中之波長的光譜，則光電二極體陣列對具有在深紫外線範圍中之波長的光敏感。作為另一實例，感測器550可為二維感測器，諸如二維電荷耦合器件(CCD)或二維互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器。再次，若脈衝光束110'具有僅含有在深紫外線範圍中之波長的光譜，則二維感測器550對具有在深紫外線範圍中之波長的光敏感。感測器550應能夠在足夠快速之速率下(例如，在約6千赫茲下)讀出資料。 控制系統185連接至感測器550之輸出，以及光學源105及以光學方式耦合至脈衝光束110之光譜特徵選擇系統130。控制系統185量測空間分量574之屬性，且分析此等經量測屬性以計算對脈衝光束110之光譜特徵的估計。控制系統185可針對脈衝光束110之每一脈衝或針對脈衝光束110之一組脈衝執行量測、分析及計算。 所量測屬性P可僅為純量(其由量值或數值充分描述)或向量(其由量值及方向兩者充分描述)。純量屬性P之實例係諸如光譜572之寬度的度量值。在此實例中，有可能的是：光譜572之整體形狀不為吾人所知，但度量值為吾人所知，且度量值用以估計光譜572之形狀。向量屬性P之實例係描述光譜572之整個波形。在此實例中，吾人可根據整體光譜且藉由具有整體光譜而計算任何度量值，吾人可進行較準確計算。可針對脈衝光束110'之一或多個脈衝系列而量測所感測的空間分量。 控制系統185可將光譜572之寬度W量測為屬性P。光譜572之寬度W可提供對脈衝光束110'之頻寬(光譜特徵)的估計。在一些實施中，使用諸如FWXM (在最大峰值強度之一分率X處之光譜572的全寬)之度量值來判定光譜572之寬度W。在其他實施中，使用度量值(諸如，EY (含有積分光譜強度之一分率Y之光譜的寬度)來判定光譜572之寬度W。其他度量值適用於量測光譜572之屬性。 參看圖9，在一些實施中，光學源105係例示性光學源905。光學源905係產生脈衝雷射光束以作為脈衝光束110之脈衝雷射源。光學源905係兩級雷射系統，其包括提供種子光束910A至功率放大器(PA) 910之主控振盪器(MO) 900。主控振盪器900通常包括增益介質(其中出現放大)及光學回饋機構(諸如，光學諧振器)。功率放大器910通常包括其中當與來自主控振盪器900之種子雷射光束接種時出現放大的增益介質。若功率放大器910經設計為再生環諧振器，則其描述為功率環放大器(PRA)，且在此狀況下，可自環設計提供足夠光學回饋。光譜特徵選擇裝置130自主控振盪器900接收脈衝光束110A，以使得能夠在相對低的輸出脈衝能量下精細調諧光譜參數，諸如脈衝光束110A之中心波長及頻寬。功率放大器910自主控振盪器900接收種子光束910A且放大此輸出以達到光微影中使用之輸出的必要功率。 主控振盪器900包括具有兩個細長電極之放電腔室、充當增益介質之雷射氣體、及使電極之間的氣體循環的風扇。雷射諧振器係形成於在放電腔室之一側上的光譜特徵選擇裝置130與在放電腔室之第二側上的輸出耦合器915之間，以將種子光束910A輸出至功率放大器910。 光學源905亦可包括：另一光譜量測模組920，其自輸出耦合器915接收輸出；及一或多個光束修改光學系統925，其視需要修改光束之大小及/或形狀。光譜量測模組920係可用以量測種子光束910A之波長(例如，中心波長)的另一類型之度量衡系統(諸如度量衡系統170)的實例。 功率放大器910包括功率放大器放電腔室，且若其為再生環放大器，則功率放大器亦包括光束反射器或光束轉動器件930，其將光束反射回至放電腔室中以形成循環路徑。功率放大器放電腔室包括一對細長電極、充當增益介質之雷射氣體及用於使電極之間的氣體循環的風扇。種子光束910A係藉由重複傳遞通過功率放大器910而被放大。光束修改光學系統925提供內耦合種子光束910A且外耦合來自功率放大器之經放大輻射之部分以形成輸出脈衝光束110的方式(例如，部分反射鏡面)。 主控振盪器900及功率放大器910之放電腔室中所使用之雷射氣體可為用於產生約所需波長及頻寬之雷射光束的任何合適氣體。舉例而言，雷射氣體可為發射約193奈米之波長之光的氟化氬(ArF)，或發射約248奈米之波長之光的氟化氪(KrF)。 光譜量測模組920監視主控振盪器900之輸出(種子光束910A)的波長。光譜量測模組920可置放於光學源905內之其他位置處，或其可置放於光學源905之輸出處。 根據來自掃描器115中之控制器140的指令，由功率放大器910產生之脈衝的重複率係由控制系統185控制主控振盪器900所用之重複率而判定。自功率放大器910輸出之脈衝的重複率係掃描器115看到之重複率。 如上文所論述，有可能僅使用光學元件來既粗略地又精細地控制頻寬。另一方面，有可能藉由控制MO 900及PRA 910內之電極的啟動之間的差分時序而快速地在精細且窄範圍中控制頻寬，同時藉由調整光譜特徵選擇系統130內之稜鏡的角度而在粗略且寬範圍中控制頻寬。 參看圖10，在一些實施中，光譜特徵選擇裝置130包括經配置以在光學上與脈衝光束110A相互作用的一組光學特徵或組件1000、1005、1010、1015、1020，及包括呈韌體與軟體之任何組合形式之電子器件的控制模組1050。光學組件1000、1005、1010、1015、1020可經組態以提供粗略光譜特徵調整系統；且，若對此等組件之調整足夠快速，則該調整可經組態以提供精細光譜特徵調整系統。儘管圖10中未展示，但光譜特徵選擇裝置130有可能包括其他光學特徵或其他非光學特徵以用於提供精細光譜特徵控制。 控制模組1050連接至一或多個致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A，該一或多個致動系統實體地耦合至各別光學組件1000、1005、1010、1015、1020。裝置130之光學組件包括：色散光學元件1000，其可為光柵；及光束擴展器1001，其由一組折射光學元件1005、1010、1015、1020組成，該等光學元件可為稜鏡。光柵1000可為經設計以分散及反射脈衝光束110A之反射光柵；因此，光柵1000係由適合於與波長在DUV範圍中之脈衝光束110A相互作用的材料製成。稜鏡1005、1010、1015、1020中之每一者為透射稜鏡，其用以在脈衝光束110A傳遞通過稜鏡之主體時分散及重新引導脈衝光束110A。該等稜鏡中之每一者可由准許脈衝光束110A之波長透射的材料(諸如，氟化鈣)製成。儘管展示了四個折射光學元件1005、1010、1015、1020，但有可能在光束擴展器1001中使用少於四個或多於四個折射光學元件。 脈衝光束110A通過孔徑1055進入裝置130，且接著按次序行進通過稜鏡1020、稜鏡1010及稜鏡1005，之後照射於光柵1000之繞射表面1002上。隨著脈衝光束110A每一次傳遞通過連續稜鏡1020、1015、1010、1005，脈衝光束110A在光學上被放大且朝向下一個光學組件重新引導(以一角度折射)。脈衝光束110A自光柵1000繞射及反射而返回按次序通過稜鏡1005、稜鏡1010、稜鏡1015及稜鏡1020，之後在脈衝光束110A射出裝置130時傳遞通過孔徑1055。隨著每一次自光柵1000傳遞通過連續稜鏡1005、1010、1015、1020，在脈衝光束110A朝向孔徑1055行進時，脈衝光束110A在光學上被壓縮。 光束擴展器1001之稜鏡(其可為稜鏡1005、1010、1015或1020中之任一者)的旋轉會改變脈衝光束110A照射於彼旋轉稜鏡之入射表面上所藉以的入射角。此外，通過彼旋轉稜鏡之脈衝光束110A的兩個區域光學品質(即，光學放大率及光束折射角)係照射於彼旋轉稜鏡之入射表面上的脈衝光束110A之入射角的函數。通過稜鏡之脈衝光束110A的光學放大率係射出彼稜鏡之脈衝光束110A的橫向寬與進入彼稜鏡之脈衝光束110A的橫向寬度的比率。 光束擴展器1001內之稜鏡中之一或多者處的脈衝光束110A之區域光學放大率的改變導致通過光束擴展器1001的脈衝光束110A之光學放大率OM 1065的總體改變。通過光束擴展器1001之脈衝光束110A的光學放大率OM 1065為射出光束擴展器1001之脈衝光束110A的橫向寬度Wo與進入光束擴展器1001之脈衝光束110A的橫向寬度Wi的比率。另外，通過光束擴展器1001內之稜鏡中之一或多者中的區域光束折射角的改變導致光柵1000之表面1002處的脈衝光束110A之入射角1062的總體改變。 可藉由改變脈衝光束110A照射於光柵1000之繞射表面1002上所藉以之入射角1062來調整脈衝光束110A之波長。可藉由改變脈衝光束110之光學放大率1065來調整脈衝光束110A之頻寬。 裝置130經設計以藉由調整脈衝光束110A照射於光柵1000之繞射表面1002上所藉以之入射角1062來調整產生於光學源105之諧振器內的脈衝光束110A之波長。特定言之，可藉由使稜鏡1005、1010、1015、1020及光柵1000中之一或多者旋轉而進行此調整，藉此調整脈衝光束110A之入射角1062， 此外，藉由調整脈衝光束110A之光學放大率OM 1065來調整由光學源105產生之脈衝光束110A的頻寬。因此，可藉由使稜鏡1005、1010、1015、1020中之一或多者旋轉來調整脈衝光束110A之頻寬，該旋轉致使脈衝光束110A之光學放大率1065改變。因為特定稜鏡之旋轉導致彼稜鏡處之區域光束折射角及區域光學放大率兩者的改變，所以控制波長及頻寬在此設計中係聯繫的。 另外，脈衝光束110A之頻寬對稜鏡1020之旋轉相對敏感且對稜鏡1005之旋轉相對不敏感。此係因為歸因於稜鏡1020之旋轉而產生的脈衝光束110A之區域光學放大率的任何改變係乘以其他稜鏡1015、1010及1005中之光學放大率的改變的乘積，因為彼等稜鏡係在旋轉稜鏡1020與光柵1000之間，且脈衝光束110A必須在傳遞通過稜鏡1020之後行進通過此等其他稜鏡1015、1010、1005。另一方面，脈衝光束110A之波長對稜鏡1005之旋轉相對敏感且對稜鏡1020之旋轉相對不敏感。 舉例而言，為了改變頻寬而不改變波長，應改變光學放大率1065而不改變入射角1062，且此可藉由使稜鏡1020大量旋轉及使稜鏡1005少量旋轉來達成。 控制模組1050連接至一或多個致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A，該一或多個致動系統實體地耦合至各別光學組件1000、1005、1010、1015、1020。儘管針對光學組件中之每一者展示了致動系統，但裝置130中之光學組件中的一些保持靜止或不實體地耦合至致動系統係可能的。舉例而言，在一些實施中，光柵1000可保持靜止且稜鏡1015可保持靜止且不實體地耦合至致動系統。 致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A中之每一者包括連接至其各別光學組件的一或多個致動器。對光學組件之調整導致脈衝光束110A之特定光譜特徵(波長及/或頻寬)的調整。控制模組1050自控制系統185接收控制信號，該控制信號包括用以操作或控制致動系統中之一或多者的特定命令。致動系統可經選擇且經設計以協作地工作。 致動系統1000A、1005A、1010A、1015A、1020A之致動器中的每一者係用於移動或控制各別光學組件之機械器件。致動器自模組1050接收能量，且將彼能量轉換成賦予至各別光學組件之某種運動。舉例而言，致動系統可為力器件及用於使光束擴展器之稜鏡中之一或多者旋轉的旋轉載物台中之任一者。致動系統可包括(例如)馬達，諸如步進馬達、閥門、控壓式器件、壓電式器件、線性馬達、液壓致動器、話音線圈等等。 光柵1000可為高炫耀角中階梯光柵，且以滿足光柵方程之任何入射角1062入射於光柵1000上的脈衝光束110A將被反射(繞射)。光柵方程提供光柵1000之光譜級、繞射波長(繞射光束之波長)、脈衝光束110A至光柵1000上的入射角1062、脈衝光束110A繞射離開光柵1000的射出角、入射至光柵1000上的脈衝光束110A之垂直發散度及光柵1000之繞射表面的溝槽間距之間的關係。此外，若使用光柵1000以使得脈衝光束110A至光柵1000上的入射角1062等於脈衝光束110A自光柵1000的射出角，則光柵1000及光束擴展器(稜鏡1005、1010、1015、1020)係以利特羅(Littrow)組態配置且反射自光柵1000的脈衝光束110A之波長為利特羅波長。可認為入射至光柵1000上的脈衝光束110A之垂直發散度接近零。為了反射標稱波長，相對於入射至光柵1000上之脈衝光束110A而對準光柵1000，使得標稱波長反射回通過欲在光學源105中被放大之光束擴展器(稜鏡1005、1010、1015、1020)。接著藉由使入射至光柵1000上之脈衝光束110A的入射角1062變化，可在光學源105內之諧振器的整體增益頻寬上調諧利特羅波長。 稜鏡1005、1010、1015、1020中之每一者沿著脈衝光束110A之橫向方向足夠寬，使得脈衝光束110A含於其穿過之表面內。每一稜鏡在光學上放大自孔徑1055朝向光柵1000延伸之路徑上的脈衝光束110A，且因此，每一稜鏡之大小自稜鏡1020至稜鏡1005順次地變大。因此，稜鏡1005大於稜鏡1010，稜鏡1010大於稜鏡1015，且稜鏡1020係最小稜鏡。 如上文所論述，脈衝光束110A之頻寬對稜鏡1020之旋轉相對敏感且對稜鏡1005之旋轉相對不敏感。此係因為歸因於稜鏡1020之旋轉而產生的脈衝光束110A之區域光學放大率的任何改變係乘以其他稜鏡1015、1010及1005中之光學放大率的改變的乘積，因為彼等稜鏡係在旋轉稜鏡1020與光柵1000之間，且脈衝光束110A必須在傳遞通過稜鏡1020之後行進通過此等其他稜鏡1015、1010、1005。另一方面，脈衝光束110A之波長對稜鏡1005之旋轉相對敏感且對稜鏡1020之旋轉相對不敏感。因此，可藉由使稜鏡1005旋轉來粗略地改變波長，且可旋轉稜鏡1020 (以粗略方式)。脈衝光束110A的入射角1062由於稜鏡1005之旋轉而改變，且稜鏡1020之旋轉抵消由稜鏡1005之旋轉導致的放大率改變。稜鏡1020可用於粗略的大範圍且緩慢頻寬控制。相比之下，頻寬可控制在精細且窄的範圍內且甚至藉由控制稜鏡1010更快速地控制。 參看圖11，提供關於控制系統185之細節，該等細節係關於本文中所描述之系統及方法的態樣。控制系統185可包括圖11中未展示之其他特徵。一般而言，控制系統185包括數位電子電路、電腦硬體、韌體及軟體中之一或多者。 控制系統185包括記憶體1100，其可為唯讀記憶體及/或隨機存取記憶體。適合於有形地體現電腦程式指令及資料之儲存器件包括所有形式之非揮發性記憶體，包括(作為實例)半導體記憶體器件，諸如EPROM、EEPROM及快閃記憶體器件；磁碟，諸如內部硬碟及抽取式磁碟；磁光碟；及CD-ROM磁碟。控制系統185亦可包括一或多個輸入器件1105 (諸如，鍵盤、觸控螢幕、麥克風、滑鼠、手持式輸入器件等等)及一或多個輸出器件1110 (諸如，揚聲器或監視器)。 控制系統185包括一或多個可程式化處理器1115，及有形地體現於供可程式化處理器(諸如，處理器1115)執行之機器可讀儲存器件中的一或多個電腦程式產品1120。一或多個可程式化處理器1115可各自執行指令程式以藉由對輸入資料進行操作且產生適當輸出來執行所要功能。一般而言，處理器1115自記憶體1100接收指令及資料 前述任一者可由經特殊設計之特殊應用積體電路(ASIC)補充或併入於經特殊設計之特殊應用積體電路(ASIC)中。 控制系統185包括光譜特徵分析模組1125、微影分析模組1130、決策模組1135、光源致動模組1150、微影致動模組1155及光束製備致動模組1160以及其他組件。此等模組中之每一者可為由一個或多個處理器(諸如處理器1115)執行之一組電腦程式產品。此外，模組1125、1130、1135、1150、1155、1160中之任一者可存取儲存於記憶體1100內之資料。 光譜特徵分析模組1125自度量衡系統170及光譜量測模組920接收輸出。微影分析模組1130自掃描器115之微影控制器140接收資訊。決策模組1135自分析模組(諸如模組1125及1130)接收輸出且基於來自分析模組之輸出而判定哪個致動模組或哪些致動模組需要被啟動。光源致動模組1150連接至光學源105及光譜特徵選擇裝置130中之一或多者。微影致動模組1155連接至掃描器115，且特定言之，連接至微影控制器140。光束製備致動模組1160連接至光束製備系統112之一或多個組件。 儘管圖11中僅展示幾個模組，但控制系統185有可能包括其他模組。另外，儘管控制系統185表示為方框，其中所有組件看起來經共置，但控制系統185有可能由實體上彼此遠離之組件組成。舉例而言，光源致動模組1150可與光學源105或光譜特徵選擇裝置130實體地共置。 一般而言，控制系統185自度量衡系統170及/或光譜量測模組920接收至少一些關於脈衝光束110的資訊，且光譜特徵分析模組1125對資訊執行分析以判定如何調整供應至掃描器115之脈衝光束110的一或多個光譜特徵(例如，頻寬)。基於此判定，控制系統185發送信號至光譜特徵選擇裝置130及/或光學源105，以經由控制模組1050來控制光學源105之操作。一般而言，光譜特徵分析模組1125執行估計脈衝光束110之一或多個光譜特徵(例如，波長及/或頻寬)所需的分析。光譜特徵分析模組1125之輸出為光譜特徵之估計值，其被發送至決策模組1135。 光譜特徵分析模組1125包括經連接以接收估計之光譜特徵且亦經連接以接收光譜特徵目標值之比較區塊。一般而言，該比較區塊輸出表示光譜特徵目標值與估計值之間的差的光譜特徵誤差值。決策模組1135接收光譜特徵誤差值且判定如何最佳地實現對系統100之校正以便調整光譜特徵。因此，決策模組1135發送信號至光源致動模組1150，其判定如何基於光譜特徵誤差值來調整光譜特徵選擇裝置130 (或光學源105)。光源致動模組1150之輸出包括發送至光譜特徵選擇裝置130之一組致動器命令。舉例而言，光源致動模組1150發送該等命令至控制模組1050，其連接至裝置1030內之致動系統。 另外，微影分析模組1130可自(例如)掃描器115之微影控制器140接收指令，以改變脈衝脈衝光束110之一或多個光譜特徵或改變光束110之脈衝重複率。微影分析模組1130對此等指令執行分析以判定如何調整該等光譜特徵，且將分析之結果發送至決策模組1135。控制系統185致使光學源105以給定重複率操作。更特定言之，針對每一脈衝(亦即，基於脈衝至脈衝)，掃描器115發送觸發信號至光學源105 (藉助於控制系統(經由微影分析模組1130))，且彼等觸發信號之間的時間間隔可為任意的，但當掃描器115以規則間隔發送觸發信號時，則彼等信號之速率為重複率。重複率可為掃描器115所請求之速率。 參看圖12，藉由光微影系統100執行程序1200以估計脈衝光束110'之光譜特徵。使脈衝光束110'均勻化(1205)。如上文所論述，藉由使脈衝光束110'傳遞通過波前修改單元之一對陣列而使脈衝光束110'均勻化，其中每一波前修改單元具有匹配於脈衝光束110'之空間模式之大小的表面積 以此方式，將脈衝光束110'之每一橫向空間模式投影至光束均勻化平面處之相同橫向區域。 使均勻化光束與輸出對應於脈衝光束之光譜分量之空間分量的光學頻率分離裝置(諸如度量衡系統170內之標準具563或光譜分析模組920之光譜偵測系統1410內的光學組件)相互作用(1210)。舉例而言，將均勻化光束引導通過標準具563，標準具563將脈衝光束110'之光譜資訊(諸如波長)轉換成空間資訊。舉例而言，藉由感測器550感測輸出之空間分量(1215)。控制系統185接收感測器550之輸出，且量測所感測空間分量之屬性(1220)。控制系統185分析所量測屬性以估計脈衝光束之光譜特徵(1225)、判定脈衝光束之所估計光譜特徵是否在光譜特徵之可接受範圍內(1230)。 此外，若控制系統185判定脈衝光束之所估計光譜特徵超出可接受範圍(1230)，則控制系統185將調整信號發送至光譜特徵選擇系統130以修改脈衝光束110之光譜特徵。 其他實施處於以下申請專利範圍之範疇內。舉例而言，在其他實施中，度量衡系統170包括未經展示或論述以用於量測脈衝光束110之其他態樣的其他特徵。在其他實施中，微透鏡618A、618B及各別基板619A、619B係由熔融矽石、氟化鋁、經囊封氟化鎂、氟化釓或氟化鋁鈉製成。 參看圖13，在另一實施中，相干區域匹配裝置515包括兩個微透鏡陣列1316A、1316B以作為波前修改器件516A及516B，且將每一微透鏡陣列1316A、1316B應用於單一支撐基板1319。以此方式，每一微透鏡陣列之微透鏡1318A、1318B的彎曲表面或凸形表面可彼此背離(如圖13中所展示)。詳言之，若微透鏡1318A、1318B係平凸透鏡，則微透鏡陣列1316A、1316B可經定向成使得微透鏡陣列1316A之微透鏡1318A的平面表面最接近於微透鏡陣列1316B之微透鏡1318B的平面表面。 參看圖14，在其他實施中，有可能使用相干區域匹配裝置315或整個光束均勻器305來減小脈衝光束110在光微影系統100之其他區處的空間相干性。舉例而言，可將光束均勻器305或僅僅相干區域匹配裝置315置放於自主控振盪器900輸出之種子光束910A之部分910A'的路徑中。在此實施中，光束均勻器305經組態以減小經引導至光譜分析模組920內之光譜偵測系統1410之種子光束部分910A'的空間相干性。種子光束部分910A'係藉由光束分離器1460而自種子光束部分910A分裂，光束分離器1460將種子光束部分910A'朝向診斷裝置1465引導，診斷裝置1465包括光譜偵測系統1410及光束均勻器305。在此實例中，光譜偵測系統1410可用以量測或偵測諸如種子光束部分910A'之波長的光譜特徵以供控制系統185進一步診斷。
100‧‧‧光微影系統105‧‧‧光學源110‧‧‧脈衝光束110'‧‧‧光束110''‧‧‧光束110A‧‧‧脈衝光束115‧‧‧光微影曝光裝置120‧‧‧晶圓130‧‧‧光譜特徵選擇系統/光譜特徵選擇裝置140‧‧‧控制器160‧‧‧光束分離器165‧‧‧診斷裝置170‧‧‧量測系統/度量衡系統185‧‧‧控制系統200‧‧‧光譜300‧‧‧光束製備系統305‧‧‧光束均勻器310‧‧‧光譜偵測系統315‧‧‧相干區域匹配裝置416‧‧‧陣列417‧‧‧橫向空間模式418‧‧‧波前修改單元/微透鏡420‧‧‧脈衝延展器系統425‧‧‧擴散器系統430‧‧‧空間調整系統500‧‧‧光束製備系統505‧‧‧光束均勻器510‧‧‧光譜偵測系統515‧‧‧相干區域匹配裝置516A‧‧‧波前修改器件516B‧‧‧波前修改器件520‧‧‧脈衝延展器系統521‧‧‧光束分裂器522A‧‧‧鏡面522B‧‧‧鏡面522C‧‧‧鏡面522D‧‧‧鏡面525‧‧‧擴散器系統530‧‧‧空間調整系統535‧‧‧擴散器550‧‧‧感測器560‧‧‧光束分離器561‧‧‧孔徑562‧‧‧輸入透鏡563‧‧‧標準具563A‧‧‧光學平板563B‧‧‧光學平板564‧‧‧輸出透鏡565‧‧‧診斷裝置570‧‧‧度量衡系統571‧‧‧條紋圖案572‧‧‧光譜574‧‧‧空間分量580‧‧‧光延遲615‧‧‧相干區域匹配裝置616A‧‧‧微透鏡陣列616B‧‧‧微透鏡陣列618A‧‧‧微透鏡618B‧‧‧微透鏡619A‧‧‧基板619B‧‧‧基板630‧‧‧透鏡900‧‧‧主控振盪器(MO)905‧‧‧光學源910‧‧‧功率放大器/功率環放大器(PRA)910A‧‧‧種子光束/種子光束部分910A'‧‧‧種子光束部分915‧‧‧輸出耦合器920‧‧‧光譜量測模組/光譜分析模組925‧‧‧光束修改光學系統930‧‧‧光束轉動器件1000‧‧‧光學特徵或組件/色散光學元件/光柵1000A‧‧‧致動系統1001‧‧‧光束擴展器1002‧‧‧繞射表面1005‧‧‧光學特徵或組件/折射光學元件/稜鏡1005A‧‧‧致動系統1010‧‧‧光學特徵或組件/折射光學元件/稜鏡1010A‧‧‧致動系統1015‧‧‧光學特徵或組件/折射光學元件/稜鏡1015A‧‧‧致動系統1020‧‧‧光學特徵或組件/折射光學元件/稜鏡1020A‧‧‧致動系統1050‧‧‧控制模組1055‧‧‧孔徑1062‧‧‧入射角1065‧‧‧光學放大率1100‧‧‧記憶體1105‧‧‧輸入器件1110‧‧‧輸出器件1115‧‧‧處理器1120‧‧‧電腦程式產品1125‧‧‧光譜特徵分析模組1130‧‧‧微影分析模組/裝置1135‧‧‧決策模組1150‧‧‧光源致動模組1155‧‧‧微影致動模組1160‧‧‧光束製備致動模組1200‧‧‧程序1205‧‧‧步驟1210‧‧‧步驟1215‧‧‧步驟1220‧‧‧步驟1225‧‧‧步驟1230‧‧‧步驟1316A‧‧‧微透鏡陣列1316B‧‧‧微透鏡陣列1318A‧‧‧微透鏡1318B‧‧‧微透鏡1319‧‧‧基板1410‧‧‧光譜偵測系統1460‧‧‧光束分離器1465‧‧‧診斷裝置A(C)‧‧‧面積A(SM)‧‧‧面積/空間模式大小BHP‧‧‧光束均勻化平面D‧‧‧ 距離FP(562)‧‧‧焦平面FP(564)‧‧‧焦平面OM‧‧‧光學放大率P‧‧‧間距/屬性T‧‧‧厚度W‧‧‧寬度Wi‧‧‧寬度Wo‧‧‧寬度
圖1係產生經引導至光微影曝光裝置之脈衝光束之光微影系統的方塊圖； 圖2係由圖1之光微影系統產生的脈衝光束之例示性光譜的曲線圖； 圖3係量測由圖1之光微影系統產生的脈衝光束之一或多個光譜特徵之例示性度量衡系統的方塊圖； 圖4A係圖3之度量衡系統之例示性診斷裝置的方塊圖； 圖4B係圖4A之診斷裝置之例示性相干區域匹配裝置的方塊圖； 圖5係圖3之度量衡系統之例示性診斷裝置的方塊圖，該診斷裝置使用諸如圖4B中所展示之相干區域匹配裝置； 圖6係例示性波前修改器件之示意側面橫截面圖及橫向平面視圖，該波前修改器件用於圖4A、圖4B或圖5中之任一者的相干區域匹配裝置中； 圖7係展示圖3、圖4A、圖4B或圖5中之任一者的度量衡系統之例示性診斷裝置的示意性光學圖，以及光束均勻化平面之位置； 圖8係可用於圖5之度量衡系統中之例示性光譜偵測系統的方塊圖； 圖9係可用於圖1之光微影系統中之例示性光學源的方塊圖； 圖10係可用於圖1之光微影系統中之例示性光譜特徵選擇裝置的方塊圖； 圖11係可用於圖1之光微影系統中之例示性控制系統的方塊圖； 圖12係由圖1之光微影系統執行以量測脈衝光束之一或多個光譜特徵之例示性程序的流程圖； 圖13係可用於該等圖式中之任一者的相干區域匹配裝置中之例示性波前修改器件的方塊圖；且 圖14係包括光束均勻器且可用於圖1之光微影系統中的光學源之另一實施的方塊圖，光束均勻器包括相干區域匹配裝置。
200‧‧‧光譜

Claims (20)

  1. 一種用於量測一脈衝光束之一光譜特徵的度量衡系統，該系統包含：一光束均勻器(homogenizer)，其在該脈衝光束之路徑中，該光束均勻器具有波前修改單元之一陣列，其中每一波前修改單元具有匹配於該脈衝光束之空間模式中的至少一者之一大小的一表面積；一光學頻率分離裝置，其在射出該光束均勻器之該脈衝光束的該路徑中，其中該光學頻率分離裝置經組態以與該脈衝光束相互作用及輸出對應於該脈衝光束之光譜分量的複數個空間分量；至少一個感測器，其接收及感測該等輸出空間分量。
  2. 如請求項1之系統，其進一步包含一控制系統，該控制系統連接至該至少一個感測器之一輸出且經組態以：針對一或多個脈衝量測自該光學頻率分離裝置之該等輸出空間分量之一屬性；分析該所量測屬性以計算對該脈衝光束之該光譜特徵的一估計；及判定該脈衝光束之該所估計光譜特徵是否在光譜特徵之值的一可接受範圍內。
  3. 如請求項2之系統，其中該光譜特徵係該脈衝光束之一頻寬。
  4. 如請求項2之系統，其進一步包含以光學方式連接至該脈衝光束之一光譜特徵選擇系統，其中： 該控制系統連接至該光譜特徵選擇系統；且若該控制系統判定該脈衝光束之該所估計光譜特徵在該可接受範圍外部，則該控制系統經組態以將一調整信號發送至該光譜特徵選擇系統以修改該脈衝光束之該光譜特徵。
  5. 如請求項1之系統，其中在該每一波前修改單元之該表面積係在該空間模式之該面積的0.5倍與1.5倍之間的情況下或在該空間模式之該面積的0.9倍與1.1倍之間的情況下，該每一波前修改單元之該表面積匹配於該脈衝光束之一模式大小。
  6. 如請求項1之系統，其進一步包含在該脈衝光束之該路徑中的一光學擴散器，其中該光束均勻器接收自該光學擴散器輸出之該脈衝光束。
  7. 如請求項6之系統，其中該光學擴散器包括一微透鏡陣列。
  8. 如請求項1之系統，其進一步包含在產生該脈衝光束之一源與一光微影曝光裝置之間的路徑中之一光束分離器件，其中該光束分離器件將：引導一第一百分比之脈衝光束朝向該光束均勻器，且引導一第二百分比之脈衝光束沿著該路徑朝向該光微影曝光裝置。
  9. 如請求項8之系統，其進一步包含在該光束分離器件與該光束均勻器之間的一光學時間脈衝延展器。
  10. 如請求項1之系統，其中該光束均勻器包含：至少兩個陣列，每一陣列具有複數個波前修改單元；及接收該至少兩個陣列之該脈衝光束輸出的一透鏡；其中一均勻化光束平面係在該透鏡之一焦(focal)平面處。
  11. 如請求項10之系統，其進一步包含在該均勻化光束平面處的一自旋擴散器。
  12. 如請求項10之系統，其中該透鏡具有一焦距，該焦距足夠大以使得來自該至少兩個陣列之該輸出光束之繞射尖峰之間的間距大於自該光束均勻器接收該輸出光束之該至少一個感測器的一面積。
  13. 如請求項10之系統，其進一步包含一致動器，其連接至該至少兩個陣列中之一或多者，且經組態以調整該至少兩個陣列之間的一距離。
  14. 如請求項1之系統，其中該波前修改單元陣列由氟化鈣、熔融矽石、氟化鋁、經囊封氟化鎂、氟化釓或氟化鋁鈉製成。
  15. 如請求項1之系統，其中該波前修改單元陣列包括微透鏡之一陣列。
  16. 如請求項1之系統，其中該波前修改單元陣列為一透射單元陣列。
  17. 如請求項1之系統，其中該光學頻率分離裝置包含一或多個標準具 (etalons)。
  18. 如請求項1之系統，其中該脈衝光束具有複數個波長，至少一些波長在深紫外線範圍內。
  19. 如請求項1之系統，其中該脈衝光束之該空間模式的該大小對應於跨越該脈衝光束之一橫向(transverse)區域，其中該橫向區域內之所有點皆具有一固定相位關係。
  20. 如請求項1之系統，其中該光束均勻器在自一光學源之一功率放大器輸出之一脈衝光束的該路徑中或在自一光學源之一主控振盪器輸出之一脈衝種子(seed)光束的路徑中。
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