TWI779286B - 度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法 - Google Patents

度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI779286B
TWI779286B TW109115528A TW109115528A TWI779286B TW I779286 B TWI779286 B TW I779286B TW 109115528 A TW109115528 A TW 109115528A TW 109115528 A TW109115528 A TW 109115528A TW I779286 B TWI779286 B TW I779286B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
aplanatic
singlet
wavelength
lens
chromatic aberration
Prior art date
Application number
TW109115528A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202109024A (zh
Inventor
飛瑞 塞吉普
Original Assignee
荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司 filed Critical 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Publication of TW202109024A publication Critical patent/TW202109024A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI779286B publication Critical patent/TWI779286B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G01N21/95607—Inspecting patterns on the surface of objects using a comparative method
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0012—Optical design, e.g. procedures, algorithms, optimisation routines
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/02—Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/04—Simple or compound lenses with non-spherical faces with continuous faces that are rotationally symmetrical but deviate from a true sphere, e.g. so called "aspheric" lenses
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/706843—Metrology apparatus
    • G03F7/706847—Production of measurement radiation, e.g. synchrotron, free-electron laser, plasma source or higher harmonic generation [HHG]
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/706843—Metrology apparatus
    • G03F7/706851—Detection branch, e.g. detector arrangements, polarisation control, wavelength control or dark/bright field detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
    • H01L21/0271—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers
    • H01L21/0273—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising organic layers characterised by the treatment of photoresist layers
    • H01L21/0274—Photolithographic processes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)

Abstract

本發明提供一種度量衡工具、一種消球差單態透鏡及一種設計一消球差單態透鏡之方法。該度量衡工具用於判定一基板上之一結構之一特性。該度量衡工具包括用於偵測一波長範圍內之輻射之一光學偵測系統。該光學偵測系統包括用於將該輻射聚焦至一偵測器上之一消球差單態透鏡。該消球差單態透鏡具有在該波長範圍內之一消球差波長。

Description

度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法
本發明係關於用於判定基板上之結構之一或多個特性的度量衡工具。具體而言，本發明係關於在此類度量衡工具內包括消球差單態物鏡的光學偵測系統。
微影裝置係經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)的製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如遮罩)處之圖案(通常亦稱為「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長決定可形成於基板上的特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365nm(i線)、248nm、193nm及13.5nm。相比於使用例如波長為193nm之輻射的微影裝置，使用具有在4nm至20nm的範圍內(例如6.7nm或13.5nm)之波長之極紫外線(EUV)輻射的微影裝置可用於在基板上形成較小特徵。
低k1微影可用於處理尺寸小於微影裝置之典型解析度限度的特徵。在此程序中，可將解析度公式表示為CD=k1×λ/NA，其中λ為所 採用輻射之波長、NA為微影裝置中之投影光學器件之數值孔徑、CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此情況下為半間距)且k1為經驗解析度因子。一般而言，k1愈小，則愈難以在基板上再生與由電路設計者規劃以便達成特定電功能性及效能之形狀及尺寸類似的圖案。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包含例如但不限於：NA之最佳化、自訂照明方案、使用相移圖案化器件、設計佈局之各種最佳化，諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱為「光學及程序校正」)，或通常經定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影裝置之穩定性之嚴格控制環路可用於改良在低k1下的圖案之再生。
用於微影程序及/或相關度量衡程序的裝置包括用於在裝置內引導及控制輻射之複雜光學系統。此等光學系統可能非常複雜，以便滿足對該等光學系統形成為部分之裝置所提出的嚴格效能要求。光學系統之效能通常依賴於波長，且製造在更寬波長範圍內滿足效能要求之光學器件亦可增加光學系統之複雜性。因此，裝置內部之光學系統可具有顯著的大小及/或成本且可能難以生產。本文中描述的係用以解決與微影、度量衡及/或檢測裝置之光學系統相關的挑戰中之一些的方法及系統。
根據本發明，提供一種用於判定一基板上之一結構之一特性的度量衡工具。該度量衡工具可包括用於偵測一波長範圍內之輻射之一光學偵測系統，其中該光學偵測系統包括用於將該輻射聚焦至一偵測器上的一消球差單態透鏡，其中該消球差單態透鏡具有在該波長範圍內之一消球差波長。
視情況，該消球差單態透鏡可包括一前表面及一後表面，其具有軸上曲率，在該等軸上曲率處，該消球差單態透鏡的一球面色像差在一最小球面色像差之20%內。該消球差單態透鏡可進一步包括複數個其他透鏡特性，其中該最小球面色像差為具有相同的其他透鏡特性之所有消球差單態透鏡之該最小球面色像差。
視情況，該複數個其他透鏡特性可包括以下中之至少兩者：一材料、一厚度、一數值孔徑、一焦距及一放大率。
視情況，該等軸上曲率可經表示為一科丁頓(Coddington)形狀因子。
視情況，該球面色像差可為一波前像差且可包括球面色像差均方根(RMS)值。
視情況，該消球差單態透鏡之該球面色像差可依賴於波長。在該波長範圍內具有最高值之該球面色像差可用以表示該消球差單態透鏡之該球面色像差。
視情況，該消球差單態透鏡可經組態為對於與該波長範圍相關之一消球差波長為消球差的。該消球差波長可提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的該消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比該寬頻波長範圍中之該消球差波長更長之波長的該最高球面色像差之一預定範圍內。
視情況，該最高球面色像差可具有0.05個波長與26個波長之間的一RMS值。
視情況，該預定範圍可為0.02個波長RMS。
視情況，該輻射可包括該偵測器經組態以偵測之寬頻波長 範圍中之複數個波長。
視情況，該輻射可包括具有1nm與5nm之間的一頻寬之一波長範圍。
視情況，該消球差單態透鏡可為雙非球面的。
視情況，該材料可為具有大於63的一阿貝(Abbe)數之一低分散材料。
視情況，該低分散材料可具有大於90之一阿貝數。
視情況，該材料可為CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中之一者。
視情況，該數值孔徑可小於0.95、大於0.2，且視情況為0.5。
視情況，該放大率可具有自10至100之一量值。
視情況，該厚度可具有1mm與10mm之間的一值。
視情況，主焦距具有1mm與20mm之間的一值。
視情況，該寬頻波長範圍可包括自深紫外線輻射至紅外輻射之波長。
視情況，該寬頻波長範圍可包括介於200nm至2000nm之一範圍。
視情況，該消球差單態透鏡不包括在使用中之一抗反射塗層。
視情況，該消球差單態透鏡可為一物鏡。
視情況，待判定之該特性可為疊對。
視情況，該度量衡工具可為一多波長度量衡感測器。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於接收一波長範圍內之輻射的一消球差單態透鏡。該消球差單態透鏡可經組態為對於一消球差波長為消球差的。該消球差單態透鏡可包括：一前表面及一後表面，其具有軸上曲率，在該等軸上曲率處，該消球差單態透鏡的一球面色像差在一最小球面色像差之20%內；及複數個其他透鏡特性。該最小球面色像差可為具有相同的其他透鏡特性之所有消球差單態透鏡之該最小球面色像差。
視情況，該消球差波長可提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的該消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比該寬頻波長範圍中之該消球差波長更長之波長的該最高球面色像差之一預定範圍內。
視情況，該預定範圍可為0.02個波長RMS。
視情況，該最高球面色像差可具有0.05個波長與26個波長之間的一RMS值。
根據本發明之另一態樣，提供一種包括如上文所描述之一度量衡工具的微影裝置。
根據本發明之另一態樣，提供一種設計經組態以在一波長範圍內使用之一消球差單態透鏡的方法該方法可包括：設置複數個透鏡特性。該方法可進一步包括：設置一消球差波長，其中該消球差波長落入該波長範圍內。該方法可進一步包括：基於該複數個透鏡特性及該消球差波長來選擇該消球差單態透鏡之軸上曲率。該方法可進一步包括：基於該等軸上曲率、該消球差波長及該複數個其他透鏡特性來判定該消球差單態透鏡之球面色像差。該方法可進一步包括：比較該等球面色像差與一預定最小球面色值(minimum spherochromatic value)。該方法可進一步包括：若 該球面色像差落在該預定最小球面色值的一20%範圍之外，則選擇不同軸上曲率且重複本段中之該等步驟。
視情況，判定該等球面色像差可包括：判定該波長範圍內之球面色像差。該方法可進一步包括：判定該等球面色像差是否在該波長範圍內平衡。該方法可進一步包括：若該等球面色像差在該波長範圍內不平衡，則設置一不同消球差波長。
100:輻射
300:偵測器
502:步驟
504:步驟
506:步驟
508:步驟
510:步驟
512:步驟
514:步驟
516:步驟
518:步驟
520:步驟
522:步驟
524:步驟
AM:標記
ANG:入射角
APS:消球差單態
B:輻射光束
BD:光束遞送系統
BE1:輻射光束
BE2:箭頭
BK:烘烤板
BS:後表面
C:目標部分
CH:冷卻板
CL:電腦系統
DE:顯影器
DET:偵測器
DGR:偵測光柵
FS:前表面
IB:資訊攜載光束
IF:位置量測系統
IL:照明系統
I/O1:輸入/輸出埠
I/O2:輸入/輸出埠
LA:微影裝置
LACU:微影控制單元
LB:裝載匣
LC:微影製造單元
LS:位階或高度感測器
LSB:輻射光束
LSD:偵測單元
LSO:輻射源
LSP:投影單元
M1:遮罩對準標記
M2:遮罩對準標記
MA:圖案化器件
MLO:量測部位
MT:遮罩支撐件/度量衡工具/散射計
OA:光軸
OL:物鏡
P1:基板對準標記
P2:基板對準標記
PD:光偵測器
PGR:投影光柵
PM:第一定位器
PS:投影系統
PU:處理單元
PW:第二定位器
rb:軸上曲率半徑
rf:軸上曲率半徑
RB:輻射光束
RO:機器人
RSO:輻射源
SC:旋塗器
SC1:第一標度
SC2:第二標度
SC3:第三標度
SCS:監督控制系統
SI:強度信號
SM:光點鏡面
SO:輻射源
SP:照明光點
Sphmin:球面色最小值
SRC:輻射源
SRI:自參考干涉計
T:遮罩支撐件
TCU:塗佈顯影系統控制單元
W:基板
WT:基板支撐件
現在將參考隨附圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：- 圖1描繪微影裝置之示意性綜述；- 圖2描繪微影製造單元之示意性表示；- 圖3描繪整體微影之示意性圖示，該整體微影表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作；- 圖4描繪位階感測器之示意性表示；- 圖5描繪對準感測器之示意性表示；- 圖6描繪包括消球差單態之度量衡工具之部分的示意性表示；- 圖7描繪用於度量衡工具之消球差單態；- 圖8描繪展示在消球差單態之消球差波長周圍平衡之4階及更高階球面像差的曲線圖；- 圖9描繪將球面色像差展示為隨具有不同曲率之消球差單態之形狀因子而變的曲線圖；及- 圖10描繪用於判定透鏡設計參數之方法中之步驟的流程圖。
在本發明文獻中，術語「輻射」及「光束」用於涵蓋所有類型之電磁輻射，包含紫外線輻射(例如波長為365nm、248nm、193nm、157nm或126nm)及極紫外線輻射(EUV，例如具有在約5nm至100nm的範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化器件」可經廣泛地解釋為係指可用於對入射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板的目標部分中產生之圖案。在此內容脈絡中亦可使用術語「光閥」。除經典遮罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)以外，其他此類圖案化器件之實例亦包含可程式規劃鏡面陣列及可程式規劃LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。微影裝置LA包含：照明系統(亦稱為照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；遮罩支撐件(例如遮罩台)T，其經建構以支撐圖案化器件(例如遮罩)MA且連接至第一定位器PM，該第一定位器PM經組態以根據某些參數準確地定位圖案化器件MA；基板支撐件(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且連接至第二定位器PW，該第二定位器PW經組態以根據某些參數準確地定位基板支撐件；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向輻射光束B賦予之圖案投影至基板W之目標部分C(例如包括一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包含用於導向、塑形及/或控制輻射之各種類型的光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類 型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用於調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應經廣泛地解釋為涵蓋適於所使用的曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其他因素之各種類型之投影系統，包含折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統，或其任何組合。可將本文中對術語「投影透鏡」之任何使用視為與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影裝置LA可屬於如下類型：其中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PS與基板W之間的空間--此亦稱為浸潤微影。在以引用之方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術之更多資訊。
微影裝置LA亦可屬於具有兩個(又名「雙載物台」)或更多個基板支撐件WT之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於使圖案曝光於另一基板W上。
除基板支撐件WT以外，微影裝置LA可包括量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體的系統之部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS之下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖 案化器件(例如遮罩)MA上且藉由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)進行圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B穿過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦且對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分，但基板對準標記P1、P2可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，將此等基板對準標記P1、P2稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影裝置LA可形成微影製造單元LC(有時亦稱為微影單元或(微影)叢集)之部分，該微影製造單元LC通常亦包含用以對基板W執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。習知地，此等裝置包含用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以使經曝光之抗蝕劑顯影的顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W、在不同程序裝置之間移動基板W且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統之器件通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元TCU自身可受監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU控制微影裝置LA。
為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要 檢測基板以量測經圖案化結構之屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影單元LC中包含檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可例如對後續基板之曝光或對將對基板W執行之其他處理步驟進行調整，尤其係在同一批量或批次的其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可稱為度量衡裝置之檢測裝置用於判定基板W之屬性，且特定地判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之屬性在不同層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可為例如微影單元LC之部分，或可整合至微影裝置LA中，或甚至可為獨立器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中的影像)上之屬性，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中的影像)上之屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑的曝光部分或未曝光部分已經移除)上之屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻的圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常，微影裝置LA中之圖案化程序為在處理中之最關鍵步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放的高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境(如圖3中示意性地描繪的)中。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT(第二系統)且連接至電腦系統CL(第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體程序窗且提供嚴格控制環路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在程序窗內。程序窗定義程序參數(例如劑量、焦點、疊對)之範圍，在該範圍內，具體製造程序產生經定義結果(例如功能半導體器件)--通常允許微影程 序或圖案化程序中之程序參數在該範圍內變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測要使用哪種解析度增強技術且執行運算微影模擬及計算，以判定哪種遮罩佈局及微影裝置設定達成圖案化程序之最大總體程序窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常，解析度增強技術經配置以與微影裝置LA之圖案化可能性相匹配。電腦系統CL亦可用於偵測在程序窗內微影裝置LA當前正在何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)，以預測歸因於例如次佳處理是否可存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態下的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
在微影程序中，需要頻繁地對所產生結構進行量測，例如用於程序控制及校驗。用以進行此量測之工具通常稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為已知的，包含掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影程序之參數(量測通常稱為以光瞳為基礎之量測)，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影程序之參數，在此情況下量測通常稱為以影像或場為基礎之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯量測技術。在一些度量衡設定中，感測器可位於影像平面附 近或影像平面之共軛平面附近，以便執行量測以獲得強度資訊，根據該強度資訊可重建構成像系統之波前像差。前述散射計可使用來自軟x射線及可見光至近IR波長範圍之光來量測光柵。
在第一實施例中，散射計MT為角解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之交互作用且比較模擬結果與量測之結果引起。調整數學模型之參數，直至經模擬交互作用產生與自真實目標觀測到之繞射圖案類似的繞射圖案為止。
在第二實施例中，散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經導向至目標上，且來自目標之反射或散射輻射經導向至光譜儀偵測器上，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即，隨波長而變的強度之量測)。根據此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫進行比較來重建構產生偵測到之光譜的目標之結構或輪廓。
在第三實施例中，散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對各偏振狀態之散射輻射來判定微影程序之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適合的偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適合於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。在以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計之各種實施例。
在散射計MT之一個實施例中，散射計MT適用於藉由量測 反射光譜及/或偵測組態中之不對稱性(該不對稱性與疊對的範圍相關)來量測兩個未對準光柵或週期性結構之疊對。可將兩個(通常重疊)光柵結構應用於兩個不同層(未必為連續層)中，且該兩個光柵結構可形成為在晶圓上處於大致上相同的位置處。散射計可具有如例如在共同擁有之專利申請案EP1,628,164A中所描述之對稱偵測組態，使得可清楚地區分開任何不對稱性。此提供用以量測光柵中之未對準之直接了當的方式。可在以全文引用之方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案US 20160161863中找到用於在經由週期性結構的不對稱性量測目標時量測含有該等週期性結構之兩個層之間的疊對誤差的其他實例。
其他所關注參數可為焦點及劑量。可藉由如以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2011-0249244中所描述之散射量測(或替代地藉由掃描電子顯微法)同時判定焦點及劑量。可使用單一結構，該單一結構針對焦點能量矩陣(FEM，亦稱為焦點曝光矩陣)中之每一點具有臨界尺寸與側壁角量測之唯一組合。若臨界尺寸與側壁角之此等唯一組合為可獲得的，則可根據此等量測唯一地判定焦點及劑量值。
度量衡目標可為藉由微影程序主要在抗蝕劑中而且亦在例如蝕刻程序之後形成之複合光柵的集合。通常，光柵中之結構的間距及線寬很大程度上取決於量測光學器件(尤其係光學器件之NA)，以能夠捕獲來自度量衡目標之繞射階。如先前所指示的，繞射信號可用於判定兩個層之間的移位(亦稱為「疊對」)或可用於重建構如由微影程序產生的原始光柵之至少部分。此重建構可用於提供微影程序之品質指導，且可用於控制微影程序之至少部分。目標可具有經組態以模仿目標中之設計佈局的功能部分之尺寸的較小子分段。歸因於此子分段，故目標將表現得與設計佈局 之功能部分更類似，以使得總體程序參數量測更佳地類似於設計佈局之功能部分。可在填充不足模式下或在填充過度模式下量測目標。在填充不足模式下，量測光束產生小於總體目標之光點。在填充過度模式下，量測光束產生大於總體目標之光點。在此填充過度模式下，亦有可能同時量測不同目標，藉此同時判定不同處理參數。
使用具體目標之微影參數之總體量測品質至少部分地藉由用於量測此微影參數的量測配方來判定。術語「基板量測配方」可包含量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案的一或多個參數，或此兩者。舉例而言，若在基板量測配方中所使用之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測的參數中之一或多者可包含輻射之波長、輻射的偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案的定向等。用以選擇量測配方之準則中之一者可為例如量測參數中的一者對於處理變化之靈敏度。在以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及美國專利公開申請案US 2016/0370717A1中描述更多實例。
另一實例度量衡工具MT為構形量測系統、位階感測器或高度感測器，其可整合於微影裝置中，且經配置以量測基板(或晶圓)之頂部表面之構形。基板之構形的映圖(亦稱為高度圖)可由指示隨基板上之位置而變的基板之高度的此等量測產生。此高度圖隨後可用於在將圖案轉印於基板上期間校正基板之位置，以便在基板上之恰當聚焦位置中提供圖案化器件的空中影像。應理解，「高度」在此內容脈絡中係指相對於基板廣泛地在平面之外的尺寸(亦稱為Z軸)。通常，位階或高度感測器在固定部位(相對於其自身的光學系統)處執行量測，且基板與位階或高度感測器之光學系統之間的相對移動在基板中之各部位處產生高度量測。
在圖4中示意性地展示如本領域中已知之位階或高度感測器LS之實例，其僅說明操作原理。在此實例中，位階感測器包括光學系統，該光學系統包含投影單元LSP及偵測單元LSD。投影單元LSP包括提供輻射光束LSB之輻射源LSO，該輻射光束LSB由投影單元LSP之投影光柵PGR賦予。輻射源LSO可為例如窄頻或寬頻輻射源(諸如超連續光譜光源)、偏振或非偏振、脈衝或連續，諸如偏振或非偏振雷射光束。輻射源LSO可包含具有不同顏色或波長範圍之複數個輻射源，諸如複數個LED。位階感測器LS之輻射源LSO不限於可見光輻射，但可另外或替代地涵蓋UV及/或IR輻射及適合於自基板之表面反射的任何波長範圍。
投影光柵PGR為包括週期性結構之週期性光柵，該週期性結構產生具有週期性變化強度之輻射光束BE1。具有週期性變化強度之輻射光束BE1經導向至基板W上之相對於垂直於入射基板表面之軸(Z軸)具有入射角ANG的量測部位MLO，該入射角介於0度與90度之間，通常介於70度與80度之間。在量測部位MLO處，經圖案化輻射光束BE1由基板W反射(由箭頭BE2指示)且經導向至偵測單元LSD。
為了判定量測部位MLO處之高度位階，位階感測器進一步包括偵測系統，該偵測系統包括偵測光柵DGR、偵測器DET及用於處理偵測器DET之輸出信號的處理單元(未展示)。偵測光柵DGR可與投影光柵PGR相同。偵測器DET產生偵測器輸出信號，該偵測器輸出信號指示所接收之光，例如指示所接收之光的強度，諸如光偵測器；或表示所接收之強度的空間分佈，諸如攝影機。偵測器DET可包括一或多種偵測器類型之任何組合。
藉助於三角量測技術，可判定量測部位MLO處之高度位 階。偵測到之高度位階通常與如藉由偵測器DET所量測之信號強度相關，該信號強度具有尤其取決於投影光柵PGR之設計及(傾斜)入射角ANG的週期性。
投影單元LSP及/或偵測單元LSD可沿投影光柵PGR與偵測光柵DGR之間的經圖案化輻射光束之路徑(未展示)包含其他光學元件，諸如透鏡及/或鏡面。
在實施例中，可省略偵測光柵DGR，且可將偵測器DET置放於偵測光柵DGR所定位之位置處。此組態提供投影光柵PGR之影像的更直接偵測。
為了有效地覆蓋基板W之表面，位階感測器LS可經組態以將量測光束BE1之陣列投影至基板W的表面上，由此產生覆蓋較大量測範圍之量測區域MLO或光點的陣列。
舉例而言，在皆以引用之方式併入之US7265364及US7646471中揭示一般類型的各種高度感測器。在以引用之方式併入之US2010233600A1中揭示使用UV輻射而非可見光或紅外輻射之高度感測器。在以引用之方式併入之WO2016102127A1中，描述使用多元件偵測器來偵測及識別光柵影像之位置而無需偵測光柵的緊湊型高度感測器。
在複雜器件之製造中，通常執行許多微影圖案化步驟，由此在基板上之連續層中形成功能特徵。因此，微影裝置之效能之關鍵態樣可為用以相對於(藉由相同裝置或不同微影裝置)置於先前層中的特徵正確且準確地置放經施加圖案的能力。出於此目的，基板設置有一或多組標記。每一標記為結構，該結構之位置稍後可使用位置感測器(通常為光學位置感測器)來量測。位置感測器可稱為「對準感測器」，且標記可稱為 「對準標記」。
微影裝置可包含可藉以準確地量測設置於基板上之對準標記之位置的一或多個(例如複數個)對準感測器。對準(或位置)感測器可使用光學現象(諸如繞射及干涉)來自形成於基板上之對準標記獲得位置資訊。用於當前微影裝置中之對準感測器之實例係基於如在US6961116中所描述的自參考干涉計。已開發出位置感測器之各種增強及修改，例如如在US2015261097A1中所揭示。所有此等公開案之內容以引用之方式併入本文中。
標記或對準標記可包括形成於設置在基板上之層上或層中或(直接)形成於基板中的一系列長條。該等長條可規則地隔開且充當光柵線，使得可將標記視為具有熟知空間週期(間距)之繞射光柵。取決於此等光柵線之定向，標記可經設計成允許沿著X軸或沿著Y軸(其經定向成大致上垂直於X軸)量測位置。包括以相對於X軸及Y軸兩者成+45度及/或-45度配置的長條之標記允許使用如在以引用之方式併入的US2009/195768A中所描述的技術之組合式X量測及Y量測。
對準感測器運用輻射光點光學地掃描每一標記，以獲得週期性變化之信號，諸如正弦波。分析此信號之相位以判定標記之位置，且因此判定基板相對於對準感測器之位置，該對準感測器轉而相對於微影裝置之參考座標系固定。可提供與不同(粗略及精細)標記尺寸相關之所謂的粗略及精細標記，使得對準感測器可區分週期性信號之不同循環以及在循環內之精確位置(相位)。亦可出於此目的而使用不同間距之標記。
量測標記之位置亦可提供關於基板之變形的資訊，例如呈晶圓柵格之形式的標記設置於該基板上。基板之變形可藉由例如將基板靜 電夾持至基板台及/或當基板暴露於輻射時對基板進行加熱而出現。
圖5為已知對準感測器AS(諸如例如在以引用之方式併入之US6961116中所描述)之實施例的示意性方塊圖。輻射源RSO提供一或多個波長之輻射光束RB，藉由轉向光學器件將該輻射光束RB轉向至標記(諸如位於基板W上之標記AM)上，作為照明光點SP。在此實例中，轉向光學器件包括光點鏡面SM及物鏡OL。藉以照明標記AM之照明光點SP之直徑可稍微小於標記自身之寬度。
由標記AM繞射之輻射經準直(在此實例中經由物鏡OL)成資訊攜載光束IB。術語「繞射」意欲包含來自標記之零階繞射(其可稱為反射)。例如在上文所提及之US6961116中所揭示之類型的自參考干涉計SRI憑藉其自身干涉光束IB，其後光束由光偵測器PD接收。可包含額外光學器件(未展示)以在由輻射源RSO產生多於一個波長之情況下提供單獨光束。光偵測器可為單一元件，或光偵測器視需要可包括多個像素。光偵測器可包括感測器陣列。
在此實例中包括光點鏡面SM之轉向光學器件亦可用以阻擋自標記反射之零階輻射，使得資訊攜載光束IB僅包括來自標記AM之更高階繞射輻射(此對於量測並非必需，但改良信雜比)。
將強度信號SI供應至處理單元PU。藉由組合區塊SRI中之光學處理與單元PU中之運算處理，輸出基板上相對於參考座標系之X位置及Y位置的值。
所說明類型之單一量測僅將標記之位置固定於對應於該標記之一個間距的某一範圍內。結合此量測使用較粗略量測技術，以識別正弦波之哪一週期為含有經標記位置之週期。可在不同波長下重複較粗略及 /或較精細位階處之同一程序，以用於提高準確度及/或用於穩健地偵測標記，而無關於製成標記之材料及供標記設置於上方及/或下方之材料。可光學地多工及解多工該等波長以便同時處理該等波長，及/或可藉由分時或分頻來多工該等波長。
在此實例中，對準感測器及光點SP保持靜止，而基板W移動。因此，對準感測器可剛性且準確地安裝至參考座標系，同時在與基板W之移動方向相反之方向上有效地掃描標記AM。在此移動中，藉由使基板W安裝於基板支撐件上且使基板定位系統控制基板支撐件之移動來控制基板W。基板支撐件位置感測器(例如干涉計)量測基板支撐件之位置(未展示)。在實施例中，一或多個(對準)標記設置於基板支撐件上。對設置於基板支撐件上之標記之位置的量測允許校準如由位置感測器判定之基板支撐件之位置(例如相對於對準系統連接至的框架)。對設置於基板上之對準標記之位置的量測允許判定基板相對於基板支撐件之位置。
微影裝置LA及其相關程序及方法可能很複雜，且可獲得與程序及/或裝置相關之大量度量衡資料。因此，許多不同類型之度量衡工具MT可用於收集與微影裝置LA、相關程序及/或產品相關的資料。包含上文所描述的實例之度量衡工具(諸如散射計、位階感測器LS、對準感測器AS)可使用輻射以便獲得關於度量衡目標之資訊。此輻射可為電磁輻射。
度量衡工具MT(無論其是以影像為基礎抑或是以繞射為基礎)可使用來自電磁光譜內的寬波長範圍之一或多個輻射波長。度量衡工具MT可使用一或多個具體波長、波長範圍或兩者之組合。波長範圍可為窄頻範圍或寬頻範圍。度量衡工具MT可使用物鏡以進行以下中之一或多 者：照明目標、收集自目標繞射及/或反射之輻射及對目標進行成像。此等物鏡可具有高數值孔徑(NA)，以便增加由系統所捕獲之輻射量且產生最大影像解析度。經設計成在寬波長範圍內起作用之高NA物鏡(如可為微影程序所需的)可由多個透鏡元件組成，以校正物鏡中出現的各種像差。透鏡之數目通常可高達十五個或更多。物鏡元件中之一些可黏合在一起以形成雙合透鏡或三合透鏡。雙合透鏡、三合透鏡及黏合透鏡一般可包括幾種優點及缺點。缺點之實例可為各種玻璃或晶體之間的熱膨脹係數失配。此失配可引起機械應力，此轉而可導致變形及/或應力雙折射，從而造成透射光之偏振的偽變化。可由包括單一透鏡元件之單態透鏡提供雙合透鏡、三合透鏡或更複雜透鏡系統之替代物。除非另外具體地說明，否則，本文中所描述之單態透鏡為執行成像或其他輻射控制功能(例如輻射收集)之主要部分的單一元件透鏡。單態透鏡可與一或多個其他透鏡組合使用，且在一或多個其他透鏡執行單獨光學功能時仍可稱為單態透鏡。一或多個其他透鏡亦可例如藉由相對於透鏡之尺寸及屬性(例如焦距)定位於遠處來與單態透鏡分離。舉例而言，單態透鏡可與第二透鏡組合，以用於像差補償及/或用於重新準直。另一實例可為與場透鏡組合之望遠鏡單態物鏡。雙合透鏡或三合透鏡通常黏合在一起。然而，在一些情況下，可參考空氣空間雙合透鏡或三合透鏡，其中形成雙合透鏡/三合透鏡之元件為間隔開的。在此類情況下，由於透鏡元件之組合執行共用光學功能，因此經組合透鏡元件可稱為雙合透鏡或三合透鏡。儘管本文中論述雙合透鏡及三合透鏡，但應理解，可組合多於3個透鏡元件(例如可將其黏合在一起)。
第一類型之像差可稱為色像差或軸向顏色，其為透鏡元件的材料之依賴於波長之性能(分散)之結果。此可導致主焦距之依賴於波長 之變化。由於色像差依賴於波長，因此隨著要求物鏡起作用之波長範圍的增大，解決及校正像差所需之透鏡元件的量亦會增加。可出現在光學系統中之第二類型之像差包含軸上球面像差、離軸單色像差、彗形像差、像散、像場彎曲、失真、光瞳像差及光瞳失真。隨著與軸相距之距離增加，離軸像差可具有更強效應。因此，所引入之像差對於高NA物鏡可為顯著的。亦可藉由新增額外透鏡元件來校正第二類型之像差。第三類型之像差為球面色像差，其可包括四階或更高階球面像差的依賴於波長之變化。如本文中所描述，校正可包含用以移除像差效應之完全校正以及像差之部分校正，在部分校正中像差效應減小但並非全部移除。
對於度量衡工具MT(例如對於疊對度量衡)，物鏡之複雜性及成本可隨著波長範圍之光譜寬度的增加而增加，度量衡工具MT及因此物鏡必須在該波長範圍內操作。物鏡之複雜性可包含元件之數目及元件之形狀。複雜性亦可根據關於針對元件中之一或多者之抗反射(AR)塗層的挑戰及要求進行表示。由於在諸如物鏡之光學系統內之反射輻射既可降低光學系統的效率又可藉由含有幽靈反射及/或雜散輻射來對光學系統之效能產生不利影響，因此可能需要AR塗層。對於具有寬頻波長操作範圍(亦即，較大光譜寬度)之度量衡工具MT，可出現關於AR塗層的幾個挑戰。第一挑戰在於AR塗層依賴於波長，且可例如不超過跨越多於一倍頻程之輻射頻率的操作範圍。第二挑戰在於隨著透鏡元件之數目增加，可各自反射入射輻射之小部分的表面的量增加，且因此需要AR塗層。隨著光譜寬度及透鏡元件表面之量中之任一者或兩者的增加，對光學系統中之AR塗層之要求變得更加嚴格，從而導致更複雜且更昂貴的AR塗層。
結合度量衡工具MT之所有成像要求對度量衡工具MT之物 鏡提出了複雜設計規格。將需要降低度量衡工具MT內部的光學系統之複雜性及相關成本。本文中所提出之解決方案將實施度量衡工具MT，在該度量衡工具MT中利用簡化的光學系統來替換多元件物鏡。使用簡化的光學系統進行成像可包含：使用簡化的光學系統來控制及捕獲輻射以形成影像。在成像程序之光學步驟之後，可使用由簡化的光學系統所捕獲之影像之運算後處理來改良影像。簡化的光學系統可為例如單態透鏡。使用單態透鏡之缺點在於歸因於透鏡僅具有兩個表面，故單態透鏡無法校正所有單色像差及色像差。然而，代替使用如上文所描述之光學器件來解決此等像差，運算校正步驟(例如使用演算法)可提供用以解決像差的解決方案。
由於像差，可模糊由簡化的光學系統所捕獲之影像。為了使運算演算法解決此模糊，需要使像差在待運算處理之所關注區域上方大致上恆定。此可例如藉由具有近似等平面之所關注區域來實現。基於運算處理分析影像之所關注區域可位於影像平面中。所關注區域可包括光軸及在該光軸周圍之區域。對於在光軸附近之區域，具有近似恆定的像差要求區域不含像差，該像差隨著離光軸的徑向距離而線性地縮放。剩餘像差隨著離光軸之徑向距離之二階、三階及更高階縮放，此意味著該等剩餘像差可在光軸附近之區域中近似為常數。因此，若所關注區域足夠小，且因此能夠接近於光軸，則除線性依賴於離光軸之徑向距離的彼等像差之外的像差可在所關注區域上方近似為常數。若所關注區域之直徑足夠小，使得依賴於場之像差區域占繞射受限波前像差之小部分(例如在大約1/3至1/4之間)，則可將所關注區域視為足夠小。若均方根(RMS)波前像差等於或小於(
Figure 109115528-A0305-02-0024-12
)0.072個波長(λ)RMS，則均勻填充透鏡可受到繞射限制。在實例系統中，所關注區之直徑可為約50μm，且依賴於場之像差可為
Figure 109115528-A0305-02-0024-13
0.020 λ RMS。
若所關注區域小到足以符合此近似，則可藉由移除一階像差來獲得所關注區域中之恆定像差。此可藉由滿足阿貝正弦條件之透鏡來實現，其中，物件及影像空間中之角度的比例正弦值為恆定的：
Figure 109115528-A0305-02-0025-1
完全滿足阿貝正弦條件之透鏡不具有軸上球面像差，且另外不具有離軸線性彗形像差，其中線性彗形像差為隨著離光軸之徑向距離而線性地縮放的初級彗形像差。滿足阿貝正弦條件之透鏡可稱為消球差鏡或消球差透鏡。消球差透鏡在光軸周圍產生小區域之恆定像差，且因此可適合於在簡化的光學系統中使用，從而可對所形成影像進行運算處理。
由單一透鏡組成之消球差透鏡可稱為消球差單態之消球差單態透鏡。消球差單態可僅對於單一波長為完全消球差的。消球差單態具有固有分散，從而引起色像差及與依賴於更高階波長之球面像差變化有關之球面色像差。因此，通常對於單一波長或窄頻應用，使用消球差單態為已知的，其中色差及/或球面色像差之效應可為有限的且可忽略不計。然而，對於寬頻波長範圍，在彼寬頻範圍之至少一些範圍內，消球差單態將表現出非消球差性能。若將為在寬光譜範圍(例如IR至DUV，或EUV)內起作用之度量衡工具MT提供消球差單態，則消球差單態應設計成限制分散效應。
應注意，消球差波長為初級球面像差及初級彗形像差之線性場相依性兩者為零的波長。若透鏡設計為已知的，則可藉由數值計算由透鏡引起之波前像差中之初級彗形像差係數及初級球面像差係數找到消球差波長，該等係數隨場座標及波長而變化。此類幾何光學計算藉由使用稱 為射線追蹤之幾何光學方法來判定通過透鏡之多條射線之光學路徑長度而進行。此分析在商業射線追蹤程式碼(諸如Zemax OpticStudio或Code V)中為常規的。對於具有未知透鏡設計之透鏡，消球差波長必須藉助於量測來判定。最簡單之量測為量測隨波長及場座標兩者而變之初級球面像差及彗形像差，以找到初級球面像差及初級彗形像差之線性場相依性兩者為零的波長。此類量測可使用例如稱為夏克-哈特曼(Shack-Hartmann)感測器之波前感測器來執行或可在波長範圍內操作之透鏡測試干涉計中執行。分析軟體用於分解初階及更高階像差係數中之經量測波前資料。若在度量衡中僅可使用離散波長，則可藉由對離散度量衡波長之間的波長之度量衡資料進行插值來判定消球差波長。
對於指定消球差波長，存在精確消球差單態之許多可能的設計。對於透鏡特性(例如折射率、主焦距、NA及透鏡厚度)之給定集合之消球差單態，色像差針對不同的消球差鏡設計可為大致上相同的。然而，存在球面色像差之變化。
在本文中揭示一種消球差單態設計，對於該消球差單態設計，可在指定寬頻波長範圍內使球面色像差最小化。此使得能夠將用於簡化的光學系統之消球差單態之設計提供給微影裝置LA及相關度量衡的度量衡工具MT。在本文中描述用於針對透鏡特性之所提供集合使球面色像差最小化及/或平衡色差之設計方法及消球差單態。
在本文中描述用於判定基板W上之結構之特性的度量衡工具MT。度量衡工具MT包括用於偵測波長範圍內之輻射之光學偵測系統。波長範圍可為寬頻範圍。光學偵測系統可包括用於將輻射聚焦至偵測器上之消球差單態。消球差單態可具有在波長範圍內之消球差波長。
包括將輻射聚焦至偵測器上之消球差單態之度量衡工具的優點在於其具有比藉由複雜物鏡執行聚焦步驟之情況更簡單之組態。
消球差單態適合於將輻射聚焦至偵測器上，其中輻射可落在波長範圍中之任何地方。可在無抗反射塗層之度量衡工具MT中提供消球差單態。
消球差單態設計成具有消球差波長，對於該消球差波長，標稱單態透鏡設計為完全消球差的。歸因於製造公差，故實際透鏡設計可偏離標稱設計。為簡潔起見，標稱消球差透鏡設計可簡稱為消球差透鏡設計。對於波長範圍內之其他波長，消球差單態可接近消球差屬性及性能。
光學偵測系統經設計成且適合於偵測寬頻範圍內之輻射。然而，由度量衡工具MT中之光學偵測系統偵測到之輻射可包括度量衡工具MT的波長範圍中之複數個波長。複數個波長可包括窄頻輻射範圍且/或包括複數個離散波長。偵測到之輻射亦有可能僅包括來自度量衡工具MT之波長範圍內的單一波長。由基板W散射之輻射可例如具有頻寬在1nm與5nm之間的波長範圍。可自基板W散射由消球差單態接收之輻射。輻射可例如由基板W上之結構反射或繞射，其中度量衡工具MT用於判定基板W上之彼結構的特性。
圖6描繪包括消球差單態APS之度量衡工具MT之部分。輻射源SRC可提供輻射以照明基板W上之結構。此輻射100例如經由反射或繞射自包含結構之基板W散射。散射輻射100可由包括前表面FS及後表面BS之消球差單態APS捕獲。度量衡工具中之光學設置之定向可使得消球差單態透鏡與其垂直於基板W的表面之光軸對準。消球差單態APS將輻射100聚焦至偵測器300上。光學偵測系統可經組態使得散射輻射100沿著消 球差單態APS之光軸OA或在消球差單態APS之光軸OA附近傳播。歸因於透鏡系統之消球差性質，故對於消球差單態之光軸具有與基板W的表面垂直的定向之系統，聚焦至偵測器上之輻射可在光軸OA附近之區域中具有大致上恆定的像差。對於消球差單態之光軸不垂直於基板W之表面之系統，可引入依賴於場之散焦。偵測到之輻射可經提供用於運算處理。
消球差單態APS可包括前表面FS及後表面BS。前表面及後表面兩者可分別包括軸上曲率半徑rf及rb，為簡潔起見，亦可將軸上曲率半徑稱為軸上曲率。消球差單態之軸上曲率使得消球差單態之球面色像差在最小球面色像差之20%內。消球差單態APS進一步包括除軸上曲率rf及rb之外的複數個透鏡特性。最小球面色像差經判定為最小球面色像差，可針對具有相同的其他特性集合的所有消球差單態APS獲得該最小球面色像差。
將消球差單態設計為具有在最小球面色值之20%內之球面色像差的優點在於其可提高度量衡工具MT中之消球差單態APS之效能。如上文所描述，此消球差單態設計可減少或甚至最小化所關注區域中之球面色像差，以便藉由所得模糊影像之數值後處理進行校正。本文中所描述之本發明之重要態樣為，本發明者認識到，存在針對消球差單態的最小球面色值，且隨後判定接近彼最小值之設計。下文將更詳細地論述對具有具體特性集合之消球差單態之球面色最小值的判定。
一般而言，選擇透鏡之設計及形狀，以使得非球面傾斜角最小化。出於非球面表面製造簡易性及AR塗層均一性，可選擇此設計。用於使非球面傾斜角最小化之設計要求可與用於設計軸上曲率之設計要求不兼容，從而使得球面色像差落入球面色最小值之具體範圍內。基於已知 設計實踐，使球面色像差落入球面色最小值之20%範圍內之設計選擇不是必然選擇。在替代設計選擇中，球面色可落入球面色最小值之18%、16%、14%、12%、10%、8%或6%範圍內。
圖7描繪具有前表面FS及後表面BS之消球差單態APS。在消球差單態APS之光軸與前表面FS之交點處，指示前軸上曲率半徑rf。類似地，在消球差單態APS的後表面BS與光軸OA之交點處，指示後表面軸上曲率半徑rb。在圖7中，後表面BS具有比前表面FS更小的曲率半徑。
可在度量衡工具MT中設計及組態消球差單態APS，使得對於度量衡工具MT之正常操作，前表面FS首先接收輻射100。然後，輻射100在到達消球差單態APS的後表面BS之前經由消球差單態APS傳播。在穿過消球差單態APS的後表面BS之後，輻射100可經聚焦至偵測器300上。
消球差單態APS可為雙非球面的，亦即，前表面FS及後表面BS可具有非球面曲率。然而，在此情況下，雙非球面的消球差單態APS亦可包含彼等消球差單態APS設計，在該等設計中，前表面FS及後表面BS中之一或兩者具有球面曲率。
為了設計消球差單態透鏡，定義及固定透鏡之許多特性可為必要的，以使得可判定提供最小球面色像差之軸上曲率。此類特性亦可與度量衡工具及/或光學偵測系統之要求相關且藉由該等要求來判定。複數個其他透鏡特性可包括材料、厚度、數值孔徑NA、焦距(其可為主焦距)及放大率中之兩者或更多者。
材料可判定消球差單態之折射率及相關分散屬性。厚度經理解為至少包含透鏡在光軸上之厚度。基於軸上厚度及對兩個透鏡表面曲 率的理解，可判定單態在遠離軸之位置處的厚度。主要厚度經理解為自消球差單態的後表面至焦點的距離。另外或替代地，可(例如自沿著光軸之透鏡的中間、自沿著光軸的前表面等)提供可明確地判定單態之屬性的其他焦距。
折射率、厚度、主焦距、放大率、NA，及消球差單態具有消球差之消球差波長之要求的組合可提供足夠的細節來描述消球差單態的前表面及後表面之形狀。
前表面及後表面之軸上曲率可經表示為科丁頓形狀因子，亦稱為科丁頓形狀參數。科丁頓形狀因子B可根據前表面軸上半徑rf及後表面軸上半徑rb之軸上曲率的倒數cf及cb進行表示：
Figure 109115528-A0305-02-0030-2
儘管上文提供科丁頓形狀因子B之具體定義，但亦可使用此形狀因子之變型。科丁頓形狀因子之變型可包含：對因子之全部或部分執行數學運算及/或將因子或項相加至形狀因子。作為科丁頓形狀因子之替代方案，可使用其他形狀因子，其限制條件為該等其他形狀因子表示消球差單態之軸上曲率。
球面色像差可為球面色波前像差。球面色像差值可經表示為球面色像差之均方根(RMS)值。球面色像差可依賴於波長。對於前表面FS曲率rf及後表面BS曲率rb之具體選擇，球面色像差可針對消球差單態APS之整個波長範圍使用單一值來表示。此可藉由判定在波長範圍內之最高球面色像差值(以絕對項計)來實現，且選擇此值來表示對應軸上曲率及其他透鏡特性之消球差單態APS的球面色像差。
歸因於組成消球差單態APS之材料中之分散，故消球差單 態APS的主焦距可依賴於波長。焦距之此波長相依性可稱為軸向顏色或初級色像差(primary chromatic aberration)。當判定不同波長之球面色像差時，可例如藉由移動物件、單態及/或感測器來針對軸向顏色校正量測，以使得可判定對焦影像的球面色像差。
如上文所提及，消球差單態可僅對於單一波長為完全消球差的，在本文中稱為消球差單態APS之消球差波長。對於消球差單態APS經組態以在度量衡工具MT中使用之波長範圍內之剩餘波長，消球差單態APS之屬性偏離了消球差。消球差波長可經選擇作為設計之部分，亦即，在給定其他透鏡特性集合的情況下，消球差波長可藉由相應地設計消球差單態APS的曲率來設置。因此，對消球差波長之選擇可用於影響剩餘波長的屬性。由於可能需要在整個波長範圍內具有儘可能接近消球差性能的屬性，因此可設置消球差波長來實現此要求。
消球差單態APS之消球差波長可選自度量衡工具MT之寬頻波長範圍。對消球差波長之選擇可經選擇為在消球差波長之任一側的寬頻波長範圍內平衡球面色像差值。消球差波長可提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比寬頻波長範圍中之設計波長更長之波長的最高球面色像差之預定範圍內。
圖8描繪說明4階及更高階球面色像差以及在寬頻波長範圍內之消球差單態之總波前均方根值的曲線圖。提供像差值之波長範圍介於曲線圖之橫軸上表示的350nm至2000nm之間。在縱軸上，像差以波長λ為單位進行表示。使用任尼克邊緣定義(Zernike fringe definition)，曲線圖中之4條實線表示4階4 OS、6階6 OS、8階8 OS及10階10 OS球面色像差係數。用虛線指示總RMS波前像差；由於像差經表示為均方根，因此 所有值皆為正。
在曲線圖中，消球差波長經選擇為405nm。對於350nm至2000nm之波長範圍，此導致短於405nm之波長及長於405nm之波長的RMS像差值的平衡。歸因於總波前RMS之形狀(具體地為4 OS球面色像差之貢獻)，故像差貢獻對於剛好低於消球差波長的波長急劇上升。為避免在波長範圍之較短端上之波長的高像差值，選擇更接近於波長範圍之較短端的消球差波長。
對於比消球差波長更短之波長及比消球差波長更長之波長兩者，最高球面色像差可具有在0.05個波長與26個波長之間的RMS值。對於具有低數值孔徑之小透鏡，例如NA=0.5且f=2mm之CaF2透鏡(低分散)，可出現低的最高球面色像差值。對於具有較大大小及NA(例如NA=0.9且f=20mm)的較高分散透鏡，可出現約26個波長的最高球面色像差的較高值。
特定而言，在圖8中，選擇消球差波長，以使得在最短波長(350nm)下之總球面色波前RMS值類似於在700nm周圍之總球面色波前RMS值，亦即，落入在700nm周圍之總球面色波前RMS值的預定範圍內，在700nm之位置處，曲線圖達到局部最大值。若設計波長已經選擇為短於405nm，則較短波長帶中之最大RMS將減小，且較長波長之最大RMS將增大。類似地，若消球差波長經選擇為長於405nm，則較短波長之最大RMS將增大，而較長波長之最大RMS將減小。可選擇設計波長，以使得兩個最大值落入彼此之預定範圍內。在實例中，對於RMS值，預定範圍可經設置為0.02個波長。亦即，比消球差波長更短及更長之波長的最大RMS像差值可具有0.02個波長RMS之最大差值。在一些情況下，可 選擇大於0.02 λ RMS之預定範圍，例如在對應於特定輻射源之波長例如用於使用干涉量測法的透鏡品質驗證的情況下。通常，預定範圍可經選擇為球面色最大值之小部分(例如1%、2%或5%)。舉例而言，在26個波長之球面色最大值的情況下，最大預定範圍可落入26個波長的1%至5%之間。
預定範圍可基於設計選擇來判定。替代地或另外，可利用對光學偵測系統之限制(例如透鏡表面曲率之製造)來判定預定範圍，以與理論上計算的曲率相匹配。
在圖8中，比消球差波長更短之波長及比消球差波長更長之波長的最大RMS值不完全相等。此可例如由於適宜波長，該等適宜波長可在將獲得最大值之間的平衡的消球差波長附近經選擇。因為存在可用於提供在彼精確波長下之輻射的直接照明源，所以波長可為適宜的。替代地或另外，例如歸因於共振，故可存在針對度量衡的尤為關注之波長。選擇尤為關注之適宜波長可為有益的，以使得可利用透鏡在消球差波長下之精確消球差屬性。
當比較球面像差值時，利用絕對項來判定較高值及較低值，亦即，基於值之量值而不考慮像差之+或-符號，例如在值比較中不考慮正/負符號。此可例如藉由使用RMS值來實現。
如上文所描述，消球差單態可經設計成具有在最小球面色像差(亦稱為球面色最小值)的20%內之球面色像差。可為每一指定的複數個其他特性及消球差波長判定球面色最小值。對於透鏡特性之給定集合，例如複數個其他特性(放大率、焦距、數值孔徑、軸上厚度及材料/折射率)及消球差波長，軸上曲率可經設計及設置為接近此最小值。應瞭解，焦距可為主焦距。
消球差單態之軸上曲率可用形狀因子(亦稱為形狀參數)，例如科丁頓因子來表示。科丁頓形狀因子可用於以單一數值表示前表面FS及後表面BS之兩個軸上曲率rf及rb。本發明者意識到，例如使用薄透鏡近似或使用具有不同形狀因子之不同消球差單態的度量衡資料，可展示科丁頓形狀因子B(或科丁頓形狀因子之變型)與在波長範圍內之最大球面色像差之間的關係近似於二次的。此在圖9中進行說明，其中展示了隨科丁頓形狀因子而變之球面色像差。所得曲線圖在形狀上基本上為二次的。量測點對應於具有在-0.55與-0.25之間的7個不同科丁頓形狀因子B之7個消球差單態。不同消球差單態皆具有相同的其他參數集合：折射率n=1.442(在405nm之消球差波長下)、放大率M=-15、主焦距f=5mm、軸上厚度d=3mm及數值孔徑NA=0.5的材料CaF2。在圖9中，球面色最小值對應於值在B=-0.4周圍之形狀因子。球面色像差稱為球面色最大值，此係由於其為在波長範圍內之最大球面色值。在圖9中，波長範圍為350nm至2000nm，且最大球面色像差出現在700nm之波長周圍(參見圖8)。
圖9展示始終為正的RMS像差值，此意味著拋物線形狀具有絕對最小值。然而，即使在包含負像差值之情況下，亦可考慮像差之量值，從而使得始終存在球面色像差具有最小值的形狀因子之值。二次形狀之此最小值(極值)表示球面色最小值Sphmin。
一旦判定球面色最小值，消球差單態APS可經設計成具有接近對應於球面色最小值Sphmin之形狀因子的形狀因子。然而，歸因於製造公差及量測誤差，故並非始終能夠產生完全滿足對應於最小球面色像差之形狀因子的消球差單態。因此，設計要求可將消球差單態之球面色像差 設置為落入球面色最小值Sphmin之指定範圍(例如20%)內。在更嚴格的設計要求中，球面色像差可能需要落在例如球面色最小值之6%內。
如上文所提及，藉由使此等特性保持相同且藉由改變前表面FS及後表面BS之軸上曲率rf及rb，可相對於消球差單態之具體特性集合來判定球面色最小值Sphmin。
用於構造消球差單態之材料可為低分散材料、特低分散材料、超低分散材料或極低分散材料。低分散材料可為具有大於63的阿貝數之材料。在一些實施方式中，消球差單態之材料可具有大於70之阿貝數。在一些實施方式中，消球差單態之材料可具有大於90之阿貝數。材料可為磷酸鹽玻璃或氟磷酸鹽玻璃。材料可為例如CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中之一者。
消球差單態之數值孔徑可在0.2至0.95的範圍內。舉例而言，數值孔徑可具有為0.5之值。在具有較低折射率之材料中，NA將具有較低的最大可能值。舉例而言，對於CaF2玻璃，消球差單態之最大NA可能不超過約0.6。在具有較高折射率之材料中，NA之最大值可能較高。
消球差單態之放大率可具有在-10至-100之範圍內的量值。放大率可例如具有為-15之值。
消球差單態之軸上厚度可具有在1mm與10mm之間(例如3mm)的值。對於低於1mm之厚度而言，透鏡之自由工作距離對於暗場照明而言可能太小。取決於主焦距，厚透鏡(例如厚度超過10mm之透鏡)可導致較高球面色像差值。
主焦距可具有在1mm與20mm之間(例如5mm)的值。
消球差單態可經組態以形成度量衡工具MT之部分。消球 差單態可經組態以在波長範圍內操作。波長範圍可由度量衡工具功能性判定。消球差單態經組態以操作之波長範圍可包括自深紫外線輻射至紅外輻射之波長。波長範圍可包括於200nm至2000nm之光譜範圍內。波長範圍可例如包括350nm至2000nm。
在無抗反射塗層之情況下，在使用中，消球差單態可經組態以在度量衡工具MT中操作。消球差單態可為度量衡工具MT之物鏡。亦可提供包括上文所描述及/或由自身使用之屬性中之任一者的消球差單態，該消球差單態可與度量衡工具MT或其他裝置分離。
度量衡工具MT可為晶圓檢測工具，具體地為多波長晶圓檢測工具。度量衡工具MT可用於使用複數個波長來量測疊對。度量衡工具MT可用於量測與微影程序相關的任何特性。可包含度量衡工具MT作為微影裝置LA之部分。
可使用設計方法來判定如本文中所描述之消球差單態之特性。設計方法可藉由設置或以其他方式獲得複數個透鏡特性開始。此等複數個透鏡特性可為上文所描述之其他透鏡特性：材料、主焦距、軸上厚度、放大率及數值孔徑或其他物。然後，方法可包括：為消球差單態設置消球差波長，其中消球差波長落入波長範圍內。方法可包括：基於複數個其他透鏡特性及消球差波長來選擇消球差單態之軸上曲率。在此步驟之後，可基於軸上曲率、消球差波長及複數個其他透鏡特性來為消球差單態判定球面色像差。可比較球面色像差與具有所選擇屬性(除軸上曲率之外)之消球差單態的球面色最小值。若球面色像差落在球面色最小值周圍的20%範圍之外，則可選擇不同之軸上曲率集合，且可針對不同設計重複球面色像差之判定及比較。可重複此反覆方法，直到找到合適的軸上曲率集 合為止，針對該合適的軸上曲率集合，球面色像差接近球面色最小值。
判定球面色像差可包括：判定消球差單態之波長範圍內之球面色像差。方法可包含：判定球面色像差是否在波長範圍內平衡。若球面色像差不平衡，則可設置不同消球差波長，且可重複方法中之後續步驟。在波長範圍內保持平衡可藉由如下定義：在波長範圍中之消球差波長之任一側落入彼此的預定範圍內的最大球面色像差值。此預定範圍可為例如0.02個波長RMS，如上文更詳細地描述的。
圖10描繪設計及判定諸如本文中所描述之消球差單態APS之透鏡的設計參數之步驟之流程圖。在步驟502中，可選擇透鏡特性。對透鏡參數之選擇可部分地或全部地藉由對使用消球差單態APS的要求來判定，例如透鏡應起作用之波長範圍、所需放大率及NA、空間可用性、材料之兼容性及/或可用性等。待在步驟502中判定之特性可包含透鏡材料、軸上厚度d、焦距f、放大率M及數值孔徑。在步驟504中，可設置消球差波長。選擇消球差波長可包含：考慮球面色像差之平衡，如上文更詳細地描述的。方法亦可包含：判定在消球差波長下之消球差單態之材料的折射率n。
在步驟506中，可選擇形狀因子B，例如科丁頓形狀因子。對形狀因子B之選擇可基於形狀因子之近似計算，例如基於薄透鏡近似，下文對此進行更詳細地闡述。在步驟508中，可判定消球差單態之軸上曲率rf及rb。此判定可基於形狀因子B、折射率n、焦距f及軸上厚度d。可將此等參數之值輸入至透鏡製造者之方程式及將形狀因子連結至軸上曲率之方程式。可基於所判定之曲率及消球差單態特性來執行其他計算。此等計算可例如包含判定至消球差單態之軸上表面之主平面、物件及影像距離， 及消球差單態的前表面FS及後表面BS之非球面形狀。消球差單態的前表面FS及後表面BS之非球面形狀之計算可基於沃瑟曼-沃爾夫(Wasserman-Wolf)方法，如在G.D.Wasserman、E.Wolf、「On the theory of Aplanatic Aspheric Systems」,Proc.Phys.Soc.B,62,2，第2至8頁(1949)中所描述。
在步驟510中，可判定具有所選擇及所判定屬性之消球差單態之球面色像差。可在波長範圍內判定球面色像差。在步驟512中，方法可包含：檢查球面色像差是否在波長範圍內平衡。檢查球面色像差是否平衡可包括：在消球差波長之任一側之最高球面色像差值是否落入預定波長範圍內。若波長不平衡514，則方法返回至步驟504，其中可選擇不同消球差波長。若球面色像差平衡516，則可使消球差波長保持相同。
在步驟518中，方法可檢查對於所選擇及所判定屬性之集合，在波長範圍內之消球差單態的最大球面色像差值是否落入球面色最小值的預定範圍內。若非520，則方法可返回至步驟506，且選擇不同形狀因子。若最大球面色像差落入預定範圍522內，則可能已經找到524用於消球差單態設計之設計參數值，且可完成設計程序。
對於薄透鏡而言，球面色最小值之存在可近似地以分析方式導出。自透鏡製造者之方程式開始：
Figure 109115528-A0305-02-0038-3
其中f為主焦距，n為折射率，d為軸上透鏡厚度，且c 1及c 2分別為前透鏡表面及後透鏡表面之(軸上)曲率半徑之倒數。對於薄透鏡而言，透鏡製造者之公式可藉由近似於d=0而經簡化為：
Figure 109115528-A0305-02-0038-4
科丁頓形狀因子B及共軛參數C可經引入為：
Figure 109115528-A0305-02-0039-5
及
Figure 109115528-A0305-02-0039-6
其中M為放大率。
對於具有較小值之數值孔徑NA，賽德爾(Seidel)球面像差總和可經提供為：
Figure 109115528-A0305-02-0039-7
其中SI為像差之賽德爾總和。
球面色像差為歸因於分散的由來自消球差波長之折射率的折射率變化所引起的球面像差。因此，賽德爾總和相對於折射率之偏導數可為對球面色像差之指示：
Figure 109115528-A0305-02-0039-8
可看出，此偏導數在科丁頓形狀因子B中為二次的。為判定球面色像差之最小值，可判定B之導數：
Figure 109115528-A0305-02-0039-9
此導數可根據下式求解：
Figure 109115528-A0305-02-0039-10
其產生以下解：
Figure 109115528-A0305-02-0039-11
此解表示薄透鏡具有最小球面色像差之形狀因子B的值。填入M=-15及n=1.44(CaF2)，吾等得出B=-0.282。此描述一種具有雙凸面表面之薄透鏡，其中前表面之曲率半徑以絕對項計略微大於後表面之曲率半徑。此B值可用作用於判定B值之指導，以使真實的非薄消球差單 態之球面色像差最小化。然而，歸因於計算中之近似、消球差單態之潛在非球面性質及消球差單態的非零厚度，故B值僅為使消球差單態之球面色像差最小化之形狀因子的近似。
在後續編號條項中揭示其他實施例：
1.一種用於判定基板上之結構之特性的度量衡工具，其包括：光學偵測系統，其用於偵測波長範圍內之輻射，其中光學偵測系統包括用於將輻射聚焦至偵測器上之消球差單態透鏡，其中消球差單態透鏡具有在波長範圍內之消球差波長。
2.如條項1之度量衡工具，其中消球差單態透鏡包括：前表面及後表面，其具有軸上曲率，在該等軸上曲率處，消球差單態透鏡之球面色像差在最小球面色像差之20%內；及複數個其他透鏡特性；其中最小球面色像差為具有相同的其他透鏡特性之所有消球差單態透鏡之最小球面色像差。
3.如條項2之度量衡工具，其中複數個其他透鏡特性包括以下中之至少兩者：材料、厚度、數值孔徑、焦距及放大率。
4.如條項2至3中任一項之度量衡工具，其中軸上曲率經表示為科丁頓形狀因子。
5.如條項2至4中任一項之度量衡工具，其中球面色像差為波前像差且包括球面色像差均方根(RMS)值。
6.如條項2至5中任一項之度量衡工具，其中消球差單態透鏡之球面色像差依賴於波長，且其中在波長範圍內具有最高值之球面色像差用以表示消球差單態透鏡之球面色像差。
7.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中消球差單態透鏡經組態為對於與波長範圍相關之消球差波長為消球差的；且其中消球差波長提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比寬頻波長範圍中之消球差波長更長之波長的最高球面色像差之預定範圍內。
8.如條項7之度量衡工具，在依附於條項5的情況下，其中最高球面色像差具有0.05個波長與26個波長之間的RMS值。
9.如條項7或8中任一項之度量衡工具，其中預定範圍為0.02個波長RMS。
10.如任一前述條項之度量衡工具，其中輻射包括偵測器經組態以偵測之寬頻波長範圍中的複數個波長。
11.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中輻射包括具有1nm與5nm之間的頻寬之波長範圍。
12.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中消球差單態透鏡為雙非球面的。
13.如條項3至12中任一項之度量衡工具，在依附於條項3的情況下，其中材料為具有大於63的阿貝數之低分散材料。
14.如條項13之度量衡工具，其中低分散材料具有大於90之阿貝數。
15.如條項13之度量衡工具，其中材料為CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中之一者。
16.如條項3至15中任一項之度量衡工具，在依附於條項3的情況下，其中數值孔徑小於0.95、大於0.2，且視情況為0.5。
17.如條項3至16中任一項之度量衡工具，在依附於條項3的情況下，其中放大率具有自10至100之量值。
18.如條項3至17中任一項之度量衡工具，在依附於條項3的情況下，其中厚度具有1mm與10mm之間的值。
19.如條項3至18中任一項之度量衡工具，在依附於條項3的情況下，其中主焦距具有1mm與20mm之間的值。
20.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中寬頻波長範圍包括自深紫外線輻射至紅外輻射之波長。
21.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中寬頻波長範圍包括介於200nm至2000nm之範圍。
22.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中消球差單態透鏡不包括在使用中之抗反射塗層。
23.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中消球差單態透鏡為物鏡。
24.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中待判定之特性為疊對。
25.如前述條項中任一項之度量衡工具，其中度量衡工具為多波長度量衡感測器。
26.一種用於接收波長範圍內之輻射之消球差單態透鏡；其中消球差單態透鏡經組態為對於消球差波長為消球差的；其中消球差單態透鏡包括：前表面及後表面，其具有軸上曲率，在該等軸上曲率處，消球差單態透鏡之球面色像差在最小球面色像差之20%內；及 複數個其他透鏡特性；且其中最小球面色像差為具有相同的其他透鏡特性之所有消球差單態透鏡之最小球面色像差。
27.如條項26之消球差單態透鏡，其中消球差波長提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比寬頻波長範圍中之消球差波長更長之波長的最高球面色像差之預定範圍內。
28.如條項26或27中任一項之消球差單態透鏡，其中預定範圍為0.02個波長RMS。
29.如條項26至28中任一項之消球差單態透鏡，其中最高球面色像差具有0.05個波長與26個波長之間的RMS值。
30.一種微影裝置，其包括如條項1至25中任一項之度量衡工具。
31.一種設計經組態以在波長範圍內使用之消球差單態透鏡之方法，方法包括：a)設置複數個透鏡特性；b)設置消球差波長，其中消球差波長落入波長範圍內；c)基於複數個透鏡特性及消球差波長來選擇消球差單態透鏡的軸上曲率；d)基於軸上曲率、消球差波長及複數個其他透鏡特性來判定消球差單態透鏡之球面色像差；e)比較球面色像差與預定最小球面色值；且其中，若球面色像差落在預定最小球面色值之20%範圍之外，則在 步驟c中選擇不同軸上曲率且重複步驟d及e。
32.如條項31之方法，其中判定球面色像差包括判定波長範圍內之球面色像差；且其中方法進一步包括：判定球面色像差是否在波長範圍內平衡；且若球面色像差在波長範圍內不平衡，則設置不同消球差波長。
儘管可在本文中具體地參考在IC製造中對微影裝置之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用。可能的其他應用包含製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中具體地參考在微影裝置之內容脈絡中之本發明的實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成遮罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化器件)之物件的任何裝置之部分。此等裝置可通常稱為微影工具。此微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可能已經具體地參考在光學微影之內容脈絡中對本發明之實施例的使用，但應瞭解，本發明在內容脈絡允許之情況下不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之具體實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性的，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述之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行修改。
雖然具體參考了「度量衡裝置/工具/系統」或「檢測裝置/ 工具/系統」，但此等術語可指相同或類似類型之工具、裝置或系統。例如，包括本發明之實施例的檢測或度量衡裝置可用於判定基板上或晶圓上之結構的特性。例如，包括本發明之實施例的檢測裝置或度量衡裝置可用於偵測基板之缺陷或基板上或晶圓上之結構的缺陷。在此實施例中，基板上之結構的所關注特性可以係關於結構中之缺陷、結構之具體部分的不存在或基板上或晶圓上之非所需結構的存在。
APS:消球差單態
BS:後表面
FS:前表面
OA:光軸
rb:軸上曲率半徑
rf:軸上曲率半徑

Claims (11)

  1. 一種用於判定一基板上之一結構之一特性的度量衡工具，其包括：一照明源，其經組態以將一輻射光束導向至該結構；一光學偵測系統，其經組態以偵測與該結構交互作用後之一波長範圍內之輻射，其中該光學偵測系統包括經組態以將該輻射聚焦至一偵測器上之一消球差單態透鏡(aplanatic singlet lens)，其中該消球差單態透鏡具有：在該波長範圍內的一消球差波長；一前表面及一後表面，其具有軸上曲率(on-axis curvatures)，在該等軸上曲率處，該消球差單態透鏡的一球面色像差(spherochromatic aberration)在一最小球面色像差之20%內；及複數個其他透鏡特性，其等包括材料、厚度、數值孔徑、焦距及放大率之二或多者；其中該最小球面色像差為具有該複數個透鏡特性之相同其他者之該等消球差單態透鏡之該最小球面色像差。
  2. 如請求項1之度量衡工具，其中該複數個其他透鏡特性包括以下中之至少兩者：一材料、一厚度、一數值孔徑、一焦距及一放大率。
  3. 如請求項1之度量衡工具，其中該等軸上曲率經表示為一科丁頓(Coddington)形狀因子。
  4. 如請求項1之度量衡工具，其中該球面色像差為一波前像差且包括球面色像差均方根(RMS)值。
  5. 如請求項1之度量衡工具，其中該消球差單態透鏡之該球面色像差依賴於波長，且其中在該波長範圍內具有最高值之該球面色像差用以表示該消球差單態透鏡之該球面色像差。
  6. 如請求項1之度量衡工具，其中該消球差單態透鏡經組態為對於與該波長範圍相關之一消球差波長為消球差的；且其中該消球差波長提供於一點處，在該點處，比寬頻波長範圍中的該消球差波長更短之波長的最高球面色像差落入比該寬頻波長範圍中之該消球差波長更長之波長的該最高球面色像差之一預定範圍內。
  7. 如請求項1之度量衡工具，其中該消球差單態透鏡為雙非球面的。
  8. 如請求項2之度量衡工具，其中該材料為具有大於63的一阿貝(Abbe)數之一低分散材料(low-dispersion material)，且其中視情況，以下中之至少一者：該低分散材料具有大於90的一阿貝數，且該材料為CaF2、BaF2、LiF、BaLiF3、SrF2、Lu3Al5O12或Y3Al5O12中之一者。
  9. 如請求項2之度量衡工具，其中以下中之至少一者： 該數值孔徑小於0.95、大於0.2，且視情況為0.5，該放大率具有自10至100的一量值，該厚度具有1mm與10mm之間的一值，主焦距具有1mm與20mm之間的一值。
  10. 如請求項1之度量衡工具，其中該寬頻波長範圍包括自深紫外線輻射至紅外輻射之波長且該寬頻波長範圍包括介於200nm至2000nm的一範圍。
  11. 如請求項1之度量衡工具，其中該消球差單態透鏡不包括一抗反射塗層。
TW109115528A 2019-05-17 2020-05-11 度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法 TWI779286B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19175086.8A EP3739389A1 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Metrology tools comprising aplanatic objective singlet
EP19175086.8 2019-05-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202109024A TW202109024A (zh) 2021-03-01
TWI779286B true TWI779286B (zh) 2022-10-01

Family

ID=66589430

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109115528A TWI779286B (zh) 2019-05-17 2020-05-11 度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11237484B2 (zh)
EP (1) EP3739389A1 (zh)
JP (1) JP7315718B2 (zh)
CN (1) CN113906346B (zh)
IL (1) IL287463A (zh)
TW (1) TWI779286B (zh)
WO (1) WO2020233929A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111830690B (zh) * 2020-09-19 2020-11-27 瑞泰光学(常州)有限公司 摄像光学镜头

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200938964A (en) * 2008-02-13 2009-09-16 Asml Netherlands Bv Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
JP2010087506A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Asml Holding Nv 球状色収差補正のための検査装置、リソグラフィ装置および方法
US20150198524A1 (en) * 2012-06-26 2015-07-16 Kla-Tencor Corporation Near field metrology
CN109752842A (zh) * 2018-11-28 2019-05-14 南京大学 一种基于消球差的超构透镜的层析成像方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4712886A (en) * 1984-11-29 1987-12-15 Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Lens doublet color-corrected for visible and near-infrared wavelengths
US5208648A (en) * 1991-03-11 1993-05-04 International Business Machines Corporation Apparatus and a method for high numerical aperture microscopic examination of materials
US5754514A (en) * 1996-10-08 1998-05-19 Polaroid Corporation Phase controlled evanescent field systems and methods for optical recording and retrieval
JP2003294410A (ja) * 2002-04-01 2003-10-15 Nikon Corp フィゾーレンズ、干渉測定装置、干渉測定方法、投影光学系の製造方法、及び投影露光装置
DE60319462T2 (de) 2002-06-11 2009-03-12 Asml Netherlands B.V. Lithographischer Apparat und Verfahren zur Herstellung eines Artikels
SG2010050110A (en) 2002-11-12 2014-06-27 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method
JP3910180B2 (ja) 2003-01-14 2007-04-25 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． リソグラフィ装置のレベルセンサ
US7265364B2 (en) 2004-06-10 2007-09-04 Asml Netherlands B.V. Level sensor for lithographic apparatus
US7791727B2 (en) 2004-08-16 2010-09-07 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
JP4834363B2 (ja) * 2005-09-16 2011-12-14 株式会社東芝 表面検査装置
JP2007165595A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Nikon Corp 光学特性測定装置、露光装置、およびデバイスの製造方法
US7791724B2 (en) 2006-06-13 2010-09-07 Asml Netherlands B.V. Characterization of transmission losses in an optical system
US7701577B2 (en) 2007-02-21 2010-04-20 Asml Netherlands B.V. Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
EP2042907A1 (en) * 2007-09-26 2009-04-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Device and method for optical micromanipulation
IL194839A0 (en) 2007-10-25 2009-08-03 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
NL1036123A1 (nl) 2007-11-13 2009-05-14 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
NL1036245A1 (nl) 2007-12-17 2009-06-18 Asml Netherlands Bv Diffraction based overlay metrology tool and method of diffraction based overlay metrology.
NL1036476A1 (nl) 2008-02-01 2009-08-04 Asml Netherlands Bv Alignment mark and a method of aligning a substrate comprising such an alignment mark.
NL1036684A1 (nl) 2008-03-20 2009-09-22 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
NL1036685A1 (nl) 2008-03-24 2009-09-25 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
NL1036734A1 (nl) 2008-04-09 2009-10-12 Asml Netherlands Bv A method of assessing a model, an inspection apparatus and a lithographic apparatus.
NL1036857A1 (nl) 2008-04-21 2009-10-22 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method.
CN102067040B (zh) 2008-06-26 2013-05-08 Asml荷兰有限公司 重叠测量设备、光刻设备和使用这种重叠测量设备的器件制造方法
US8891061B2 (en) 2008-10-06 2014-11-18 Asml Netherlands B.V. Lithographic focus and dose measurement using a 2-D target
EP2228685B1 (en) 2009-03-13 2018-06-27 ASML Netherlands B.V. Level sensor arrangement for lithographic apparatus and device manufacturing method
KR101461457B1 (ko) 2009-07-31 2014-11-13 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 계측 방법 및 장치, 리소그래피 시스템, 및 리소그래피 처리 셀
NL2006229A (en) 2010-03-18 2011-09-20 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, and associated computer readable product.
WO2012022584A1 (en) 2010-08-18 2012-02-23 Asml Netherlands B.V. Substrate for use in metrology, metrology method and device manufacturing method
NL2009004A (en) 2011-07-20 2013-01-22 Asml Netherlands Bv Inspection method and apparatus, and lithographic apparatus.
NL2010717A (en) 2012-05-21 2013-11-25 Asml Netherlands Bv Determining a structural parameter and correcting an asymmetry property.
US8913237B2 (en) * 2012-06-26 2014-12-16 Kla-Tencor Corporation Device-like scatterometry overlay targets
NL2011173A (en) 2012-07-30 2014-02-03 Asml Netherlands Bv Position measuring apparatus, position measuring method, lithographic apparatus and device manufacturing method.
IL297220B2 (en) 2014-11-26 2024-06-01 Asml Netherlands Bv Metrological method, computer product and system
US10241425B2 (en) 2014-12-22 2019-03-26 Asml Netherlands B.V. Level sensor, lithographic apparatus and device manufacturing method
JP6630369B2 (ja) 2015-06-17 2020-01-15 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 相互レシピ整合性に基づくレシピ選択
EP3614207A1 (en) 2018-08-21 2020-02-26 ASML Netherlands B.V. Metrology apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200938964A (en) * 2008-02-13 2009-09-16 Asml Netherlands Bv Method and apparatus for angular-resolved spectroscopic lithography characterization
JP2010087506A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Asml Holding Nv 球状色収差補正のための検査装置、リソグラフィ装置および方法
US20150198524A1 (en) * 2012-06-26 2015-07-16 Kla-Tencor Corporation Near field metrology
CN109752842A (zh) * 2018-11-28 2019-05-14 南京大学 一种基于消球差的超构透镜的层析成像方法

Also Published As

Publication number Publication date
IL287463A (en) 2021-12-01
JP7315718B2 (ja) 2023-07-26
KR20210142731A (ko) 2021-11-25
US20200363727A1 (en) 2020-11-19
CN113906346B (zh) 2024-03-22
WO2020233929A1 (en) 2020-11-26
EP3739389A1 (en) 2020-11-18
CN113906346A (zh) 2022-01-07
US11237484B2 (en) 2022-02-01
TW202109024A (zh) 2021-03-01
JP2022533184A (ja) 2022-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11106142B2 (en) Metrology recipe selection
US10394137B2 (en) Inspection method, lithographic apparatus, mask and substrate
US9563131B2 (en) Lithographic apparatus, substrate and device manufacturing method
CN105874388B (zh) 用于量测目标的设计的方法和设备
JP6618551B2 (ja) 検査装置、検査方法、リソグラフィ装置、パターニングデバイス及び製造方法
JP6008851B2 (ja) オーバレイ誤差を決定する方法及び装置
JP6132499B2 (ja) 検査装置、リソグラフィ装置、およびデバイス製造方法
JP6744984B2 (ja) 波面の可変コレクタ
TW202024779A (zh) 判定圖案化製程之所關注參數之值的方法與器件製造方法
US20190214318A1 (en) Method and apparatus to monitor a process apparatus
TWI768445B (zh) 準直寬頻輻射之總成及相關輻射源、凸面折射單態透鏡、檢測裝置、及微影裝置
TWI779286B (zh) 度量衡工具、消球差單態透鏡及其設計方法
US20210097665A1 (en) Model based reconstruction of semiconductor structures
TWI769625B (zh) 用於判定量測配方之方法及相關裝置
KR102717648B1 (ko) 애플러내틱 대물 싱글렛을 포함하는 계측 툴
NL2023157A (en) Metrology tools comprising aplanatic objective singlet
EP3742230A1 (en) Detection apparatus for simultaneous acquisition of multiple diverse images of an object
NL2023181A (en) Detection apparatus for simultaneous acquisition of multiple diverse images of an object

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent