微光刻投射曝光设备 技术领域 本发明一般涉及将掩模成像到感光面上的微光刻曝光设备， 特别涉及包括例如反 射镜或反射镜阵列的光学表面以及配置为在多个位置处测量与所述光学表面有关的参数 的测量装置的这种设备。
背景技术 微光刻 ( 也被称为光刻 ) 是用于制造集成电路、 液晶显示器和其它微结构器件的 技术。 微光刻工艺与刻蚀工艺一起被用于在已经形成在基底 ( 例如， 硅晶片 ) 上的薄膜叠层 上图案化特征。对于制造的每一层， 首先对晶片涂敷光刻胶， 光刻胶是对诸如深紫外 (DUV) 或极紫外 (EUV) 光的辐射敏感的材料。接着， 在投射曝光设备中将顶部具有光刻胶的晶片 曝光于投射光。该设备将包含图案的掩模投射到光刻胶上， 使得仅在由掩模图案确定的特 定位置曝光光刻胶。在曝光之后， 显影光刻胶， 以产生对应于掩模图案的图像。然后， 刻蚀 工艺将该图案转移到晶片上的薄膜叠层中。最后， 移除光刻胶。利用不同的掩模对此过程
进行重复， 产生多层微结构组件。
投射曝光设备典型地包括用于照明掩模的照明系统、 用于对准掩模的掩模台、 投 射物镜、 以及用于对准涂有光刻胶的晶片的晶片对准台。 照明系统照明掩模上的场， 该场例 如可以具有矩形或弯曲缝的形状。
在当前的投射曝光设备中， 可以区分两种不同类型的设备。 在一种类型中， 通过一 步将整个掩模图案曝光到目标部分上而辐射晶片上的每个目标部分。这样的设备一般称 为晶片步进曝光机。在另一类型的设备 ( 其通常被称为步进和扫描设备或者扫描曝光机 ) 中， 通过在投射光束下沿着扫描方向渐进地扫描掩模图案并同时与此方向平行或反平行地 移动基底， 来辐射每个目标部分。 晶片的速度与掩模的速度比等于投射物镜的放大率， 其通 常小于 1， 例如为 1 ∶ 4。
应当理解， 术语 “掩模” ( 或掩模母版 ) 要被广义地解释为图案化装置。例如， 通常 使用的掩模包含透明或反射图案， 并且可以是二值、 交替相移、 衰减相移或各种混合掩模类 型。然而， 还存在主动 (active) 掩模， 例如， 被实现为可编程反射镜阵列的掩模。而且， 可 编程 LCD 阵列也可以被用作主动掩模。
理想地， 照明系统利用良好限定的辐射和角向分布的投射光照明掩模上的照明场 的每个点。术语角向分布描述光束的总光能量在构成该光束的光线的各个方向上如何分 布， 该光束朝着掩模平面中的特定点会聚。
入射在掩模上的投射光的角向分布通常适配于要被投射到光刻胶上的图案的类 型。例如， 相对较大尺寸的特征可能需要与较小尺寸的特征不同的角向分布。投射光最通 常使用的角向分布被称为传统、 环形、 双极和四极照明设置。 这些术语是指照明系统的系统 光瞳面中的辐射分布。例如， 在环形照明设置中， 在系统光瞳面中仅照明环形区域。因此， 在投射光的角向分布中仅存在小范围的角度， 从而所有光线利用相似的角度倾斜地入射到 掩模上。在本领域中已有不同的手段来修改掩模平面中的投射光的角向分布， 以便获得期 望的照明设置。为了在掩模平面上产生不同角向分布方面获得最大的灵活性， 已经提议使 用反射镜阵列照明光瞳面。
在 EP 1 262 836A1 中， 所述反射镜阵列被实现为包括多于 1000 个微反射镜的微 机电系统 (MEMS)。每个反射镜都可以围绕两个正交的倾斜轴倾斜。因此， 入射在这样的反 射镜装置上的辐射几乎可以被反射到半球的任意期望的方向上。 布置在反射镜阵列与光瞳 面之间的聚光器透镜将反射镜产生的反射角转换为光瞳面中的位置。 该公知的照明系统使 得可以利用多个光斑照明光瞳面， 其中每个光斑与一个特定微反射镜关联， 并且通过倾斜 该反射镜可以使光斑在光瞳面上自由移动。
US 2006/0087634A1、 US 7,061,582B2 和 WO 2005/026843A2 公开了类似的照明系 统。可倾斜反射镜的这种阵列也已被建议用于 EUV 照明系统。
必须以高精度和高速度控制单独反射镜的取向。 为此， 已经建议使用闭环控制。 这 样的控制机制需要以高重复频率监视每个反射镜的取向。
国际申请 WO 2008/095695A1 公开了使得可以测量各个单独反射镜的取向的测量 装置。为此， 提供了一种照明单元， 其为各个反射镜产生单独的测量光束。检测器在光束 已从反射镜上反射之后测量光束的角度。如果入射在反射镜上的光束的方向是已知的， 则 可以由评估单元基于所测量的反射光束的方向确定反射镜的取向。 通过使用时间或频率复 用， 可以顺序地或者甚至在一步中确定这些反射镜的取向。
照明单元使用激光二极管阵列， 尤其是垂直腔表面发射激光器 (VCSEL)， 作为产生 引导到反射镜上的测量光束的光源。对于每个激光二极管， 提供布置在该激光二极管前端 的成像透镜， 该成像透镜将二极管的光出射面成像在所述反射镜之一上。成像透镜优选形 成具有与激光二极管相同间距的微透镜阵列。
然而， 在这种测量装置的大多数优选维度下， 测量精度通常不满意。
在微光刻投射曝光设备领域中的类似测量也遇到同样的问题。例如， 在这种设备 的投射物镜中， 有时存在具有可以被变形来校正像差的光学表面的光学元件。可以在施加 机械力的致动器的帮助下， 或者通过将辐射引导到光学表面的某些区域上， 从而实现光学 表面的变形。为了控制致动器， 可以使用被配置来在多个位置处测量与光学表面有关的参 数的测量装置来测量光学表面的形状。因为光学表面是连续的或不连续的实际上不重要 ( 如反射镜阵列的情况 )， 所以在这样的情况中测量精度有时也不满意。 发明内容
本发明的目的在于提供一种微光刻投射曝光设备， 其包括光学表面和测量装置， 所述测量装置被配置来在多个位置处测量与表面相关的参数， 其中所述测量装置具有提高 的精度。
根据本发明， 通过微光刻投射曝光设备实现此目的， 其中， 所述测量装置包括照明 单元， 该照明单元包括多个照明部件。 每个照明部件具有配置来发射测量光的光出射面。 所 述照明单元还包括光学成像系统， 该光学成像系统在其中布置了至少两个光出射面的物平 面与至少与所述光学表面基本重合的像平面之间建立成像关系， 由此在所述光学表面上产 生多个测量光斑， 所述测量光斑是所述至少两个光出射面的像。所述测量装置还包括检测器单元， 其被配置来在测量光已经在所述测量光斑点处与所述光学表面相互作用之后测量 所述测量光的特性。评估单元被配置来基于所述检测器单元确定的所述测量光的特性， 对 每个位置确定与所述表面相关的参数。
本发明人已经意识到， 如果成像透镜的阵列被用于将照明部件成像在光学表面 上， 如现有技术中所建议的， 则衍射效应可能变得值得注意。至少对于照明部件的优选维 度、 光学表面上的位置以及其间的距离， 衍射可能具有如下结果 ： 测量光斑被模糊， 并将不 再被限制到期望位置， 而是延伸到相邻位置。 如果测量光入射在相邻位置上， 则其对测量精 度具有负面影响。
与现有技术方案相对比的， 本发明建议在光学成像系统的共同物平面中布置照明 部件的至少两个光出射面。因为此成像系统提供了更大的物平面， 在该物平面中布置了至 少两个、 并优选所有光出射面， 所以包含在光学成像系统中的光学元件的直径将较大， 以致 于倾向降低分辨率的衍射可以被忽略。结果， 测量光斑基本不被衍射图案模糊。因此避免 了由于模糊的测量光斑而导致的测量精度的降低。在测量光斑的重叠被容许的情况下， 本 发明可以被用于提高测量光斑的密度， 其也提高测量精度。
应当理解， 术语 “物平面” 或 “像平面” 不一定隐含这些平面是完美的平面。在某 些应用中， 弯曲的平面可能是有用的， 例如用于测量 EUV 投射物镜中的成像反射镜的弯曲 表面。 在一个实施例中， 与所述光学表面相关并在多个位置处测量的参数限定所述光学 表面的形状。这特别有用， 这是因为其使得可以高精度地以非接触的方式测量光学表面的 形状。本申请中所使用的术语 “形状” 可能还包括光学表面的取向。例如， 与光学表面相关 的参数也可以是光学表面的透射率或反射率。 该参数也可以是具有形成光学表面的界面的 光学材料的折射率。因此， 本发明不被限制于表面形状测量装置。
如果该设备包括配置来使光学表面变形的表面变形单元， 则光学表面的形状测量 特别有用。这种变形可以被产生来降低光学系统中的波前误差， 尤其是在投射曝光设备的 投射物镜中。表面变形单元可以包括配置来产生作用在光学表面上的力， 例如为了弯曲包 括光学表面的光学元件。表面变形单元还可以包括加热光源， 其将光引导向光学表面上所 选择的区域。于是， 加热光的吸收导致光学表面的变形。于是， 测量装置可以形成闭环控制 的一部分， 并监视表面变形单元所产生的表面变形。
在一个实施例中， 所述光学表面被配置为使得其至少反射所述测量光的很大一部 分。 例如， 所述光学表面可以由适应性反射镜形成， 所述适应性反射镜被用在投射曝光设备 中校正像差。然而， 光学表面也可以被形成在诸如透镜的折射光学元件上。在此情况中， 从 光学表面反射的光的部分 ( 尽管很小 ) 可能足以测量与表面相关的特性。 在优选实施例中， 光学表面被配置为使得其反射超过 10％， 优选超过 50％的测量光。测量光与光学表面的相 互作用不一定必须是反射， 而是也可以是折射。 在此情况中， 测量测量光的透射部分而不是 反射部分。
在另一实施例中， 光学表面由反射镜阵列形成， 所述反射镜被适配于将入射光线 反射一反射角， 所述反射角可以响应于控制信号而变化。这可以通过使反射镜表面变形而 实现， 或者更容易地通过提供被配置为围绕至少一个倾斜轴倾斜的反射镜来实现。
这样的反射镜阵列可以被布置在设备的照明系统中。于是， 所述反射镜将投射光
引导向照明系统的系统光瞳面。这使得可以灵活地改变入射在掩模上的光的角向光分布 ( 照明设置 )。
在满足条件 ps2 ＜ 5λd 的情况下， 本发明特别有用。这里 d 是光出射面与所述光 学表面之间的平均距离， ps 是所述光学表面上产生的光斑的平均间距， 以及 λ 是所述测量 光的中心波长。在这样的条件下， 衍射效应将相当显著， 因此可以最有利地使用本发明， 其 减小衍射导致的负面效应。
在一个实施例中， 至少一个照明部件包括测量光源， 其被适配于产生测量光。 光聚 集器被布置在所述测量光的光路中， 使得所述光聚集器减小所述测量光源产生的测量光的 发散度。光聚集器可以由正透镜或透镜布置、 直接施加在测量光源上的衍射元件或 GRIN 透 镜形成。 光聚集器是有利的， 因为其使得可以降低成像系统的尺寸和复杂度， 成像系统将光 出射面 ( 现在由光聚集器的后表面形成 ) 成像在光学表面上。这是因为从光聚集器的出射 面出射的测量光具有更小的发散度， 因此成像系统必须处理的几何光通量 (flux) 减小。
光聚集器还使得可以具有至少一个照明部件， 其包括将测量光引导到光学表面上 的同一光斑的至少两个测量光源。 于是， 照明部件仍然具有单个光出射面， 然而该光出射面 可以被至少两个测量光源照明。在一个实施例中， 所述至少两个测量光源被布置在光聚集 器的后焦平面中。此构思可以被用于在光源失效的情况中提供冗余。 避免不利衍射效应的优点并不需要包含在照明单元中的所有光出射面都必须被 单个成像系统成像在光学表面上。在某些情况中， 将成像系统细分为至少两个成像子系统 是有利的， 其中每个成像子系统具有其中布置两个或更多个、 但不是所有包含在成像单元 中的光出射面的物平面。也可以是 ： 成像系统的一个或多个光学元件被暴露于由所有照明 部件产生的测量光， 而其它 ( 通常更小的 ) 光学元件被暴露于仅有某些照明部件产生的测 量光。
在一个实施例中， 成像子系统具有放大率 β， 其中 β ＝ N·R， N ＝ 2， 3， 4，…， 并 且 R ＝ ps/pf 是所述光学表面上的相邻测量光斑的平均间距 ps 与相邻光出射面的平均间距 pf 之间的比。 在此情况中， 光出射面的阵列被成像在光学表面上， 使得照射在光学表面上的 光斑的密度被降低 1/N 的因子。成像子系统可以被布置为使得不被一个成像子系统照明的 光斑被另一成像子系统照明， 这导致一种交错照明图案。 还可以添加附加的成像子系统， 其 可以照明也可以由另一成像系统的照明部件照明的光斑。 这继而提高了测量装置在光源失 效的情况下的可靠性。
利用这种放大率， 照明单元可以被细分为 n ≥ N2 个照明子单元。 于是， 每个照明子 单元包括所述照明部件中其光出射面布置在所述成像子单元之一的物平面中的某些照明 部件。 于是， 所述照明子单元可以被形成为包括光源、 光聚集器和电路的光学组合件， 其中， 这样的组合件在失效时可以替换， 或者在冗余度必须改变时可以被添加到照明单元中或者 从照明单元移除。
所述光学系统的物平面和像平面可以相对于彼此倾斜， 尤其是依据 Scheimpflug 条件。这使得可以倾斜地照明光学表面， 其简化了检测器单元的布置。在一个实施例中， 光 学系统的两个光学元件具有互相平行且分开一距离的旋转对称轴。
附图说明结合附图参照以下详细描述可以更容易理解本发明的各个特征和优势， 其中 ：
图 1 是根据本发明的投射曝光设备的相当简化的透视图 ；
图 2 是穿过包含在图 1 中所示的投射曝光设备的照明系统的子午截面 ；
图 3 是包含在图 2 的照明系统中的反射镜阵列的透视图 ；
图 4 是图 2 的局部放大图， 示出了根据本发明的测量装置 ；
图 5 是穿过根据第一实施例的可以使用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的 子午截面 ；
图 6 是穿过根据第二实施例的可以使用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的 子午截面， 其中照明部件包括光聚集器 (concentrator) ；
图 7 是图 6 的局部放大图， 示出了两个照明部件 ；
图 8 是穿过根据第三实施例的可以用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的子 午截面， 其中成像系统包括三个成像子系统 ；
图 9 是穿过根据第四实施例的可以用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的子 午截面， 其中成像系统与反射镜阵列之间的距离特别大 ；
图 10 是穿过根据第五实施例的可以用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的 子午截面， 其中已不同地设置放大率 ； 图 11 是示出照明部件的阵列的三维布置的示意图 ；
图 12 是用于替代实施例的与图 11 类似的示意图 ；
图 13 是穿过根据第六实施例的可以用在图 4 中所示的测量装置中的照明单元的 子午截面， 其中物平面相对于像平面倾斜 ；
图 14 穿过根据第七实施例的多个照明部件的子午截面 ；
图 15 是根据第八实施例的 EUV 投射曝光设备的示意图 ；
图 16 是图 15 的放大且更详细的局部图。
具体实施方式
I. 投射曝光设备的一般结构
图 1 是包括用于产生投射光束的照明系统 12 的 DUV 投射曝光设备 10 的高度简化 的透视图。投射光束照明包含微细结构 18 的掩模 16 上的场 14。在此实施例中， 照明场 14 大致具有环形段的形状。然而， 也可以考虑照明场 14 的其它形状， 例如矩形。
投射物镜 20 将照明场 14 内的结构 18 成像到沉积在基底 24 上的感光层 22( 例如 光刻胶 ) 上。 可以由硅晶片形成的基底 24 被布置在晶片台 ( 未示出 ) 上， 使得感光层 22 的 顶面精确地位于投射物镜 20 的像平面中。通过掩模台 ( 未示出 ) 将掩模 16 定位在投射物 镜 20 的物平面中。因为投射物镜 20 具有小于 1 的放大率， 所以照明场 14 内的结构 18 的 缩小像 14’ 被投射到感光层 22 上。
在投射期间， 掩模 16 和基底 22 沿着与 Y 方向一致的扫描方向移动。因此， 照明场 14 在掩模 16 上扫描， 使得可以连续地投射大于照明场 14 的结构化区域。这种类型的投射 曝光设备通常被称为 “步进和扫描设备” 或者简单地称为 “扫描曝光机” 。掩模 16 和基底 24 的速度之间的比等于投射物镜 20 的放大率的倒数。如果投射物镜 20 反转像， 则掩模 16 和 基底 24 在相反方向上移动， 如图 1 中箭头 A1 和 A2 所指示的。然而， 本发明也可以用在步进曝光机工具中， 其中掩模 16 和基底 24 在掩模的投射期间不移动。
在所示的实施例中， 照明场 14 关于投射物镜 20 的光轴 26 并不居中。这种偏轴照 明场 14 在某些类型的投射物镜 20 中是必须的。在其它实施例中， 照明场 14 关于光轴 26 居中。
设计用于小于 20nm 的投射光波长 ( 尤其是用于 13.6nm) 的 EUV 投射曝光设备具 有相同的基本结构。然而， 因为不存在透射 EUV 辐射的光学材料， 所以仅使用反射镜作为光 学元件， 并且掩模也是反射型的。
II. 照明系统的总体结构
图 2 是穿过图 1 中所示的 DUV 照明系统 12 的更详细的子午截面。为了清楚， 图2 的图示被相当大地简化， 且不成比例。这尤其隐含着仅由非常少的光学元件表示不同的光 学单元。在实际中， 这些单元可以包括多得多的透镜和其它光学元件。
照明系统 12 包括壳体 28 和光源， 在所示实施例中， 光源被实施为准分子激光器 30。准分子激光器 30 发射具有约 193nm 波长的投射光。也可以考虑其它类型的光源和其 它波长， 例如 248nm 或 157nm。
在所示实施例中， 由准分子激光器 30 发射的投射光进入束扩展单元 32， 在束扩展 单元 32 中， 扩展光束而不改变几何光通量。束扩展单元 32 可以包括若干透镜， 如图 2 中所 示， 或者例如可以被实现为反射镜布置。投射光作为基本准直的光束 34 从束扩展单元 32 出射。在其它实施例中， 该光束可以具有较大的发散。准直的光束 34 入射在平面折叠反射 镜 36 上， 该平面折叠反射镜 36 被提供来减小照明系统 12 的总尺寸。
在从折叠反射镜 36 上反射之后， 光束 34 入射在微透镜 44 的阵列 38 上。反射镜 阵列 46 被布置在微透镜 40 的后焦平面中或起附近。如下面将更详细说明的， 反射镜阵列 46 包括多个小的单独反射镜 Mij， 其可以彼此独立地围绕两个倾斜轴倾斜， 所述两个倾斜轴 优选彼此垂直安排。反射镜 Mij 的总数可以超过 100 或者甚至几千。反射镜 Mij 的反射面可 以是平面， 但如果期望附加的折射力， 其也可以是弯曲的。除此之外， 反射镜表面还可以支 持衍射结构。在此实施例中， 反射镜 Mij 的数目等于包含在微透镜阵列 38 中的微透镜 40 的 数目。因此， 各个微透镜 40 引导反射镜阵列 46 的一个反射镜 Mij 上的会聚光束。
单独反射镜 Mij 的倾斜移动由连接到照明系统 12 的总体系统控制 52 上的反射镜 控制单元 50 控制。用于设置反射镜 Mij 的期望倾斜角度的致动器从反射镜控制单元 50 接 收控制信号， 使得各个单独反射镜 Mij 能够将入射光线反射一反射角， 该反射角可以响应于 控制信号而变化。在所示的实施例中， 存在可以布置单独反射镜 Mij 的倾斜角的连续范围。 在其它实施例中， 致动器被配置为仅可以设置有限数目的离散的倾斜角。
图 3 是反射镜阵列 46 的透视图， 为了清楚， 该反射镜阵列 46 仅包括 8· 8 ＝ 64 个 反射镜 Mij。根据反射镜 Mij 的倾斜角， 入射在反射镜阵列 46 上的光束 54a 被反射到不同的 方向。 在此示意图示中， 假定某一反射镜 M35 相对于另一反射镜 M77 围绕两个倾斜轴 56x、 56y 倾斜， 使得由反射镜 M35 和 M77 反射的光束 54b、 54b’ 分别被反射到不同的方向。
再次参照图 2， 从反射镜 Mij 反射的光束入射在第一聚光器 58 上， 第一聚光器 58 确 保轻微发散的光束 ( 现在作为至少大致平行的光束 ) 入射在光学积分器 72 上， 光学积分器 72 产生多个二次光源。光学积分器 72 提高形成在光线与照明系统 12 的光轴 OA 之间的角 度范围。在其它实施例中， 省略第一聚光器 58， 从而入射在光学积分器 72 上的光束具有更大的发散。在所示的实施例中， 光学积分器 72 被实现为蝇眼透镜， 该蝇眼透镜包括各自包 括两个正交的平行圆柱微透镜阵列的基底 74、 76。 还可以考虑光学积分器的其它构造， 例如 包括具有旋转对称表面但具有矩形边界的微透镜阵列的积分器。参考 WO 2005/078522A、 US 2004/0036977A1 以及 US 2005/0018294A1， 其中描述了适用于照明系统 12 的各种类型 的光学积分器。
附图标记 70 表示照明系统 12 的系统光瞳面， 其基本定义了入射在掩模 14 上的光 的角向分布。系统光瞳面 70 通常是平面或轻微弯曲， 并且被布置在光学积分器 70 中或与 其直接相邻。因为系统光瞳面 70 中的角向光分布直接转换为后续场平面中的强度分布， 所 以光学积分器 72 基本确定掩模 16 上的照明场 14 的基本几何形状。因为光学积分器 72 在 x 方向上比扫描方向 Y 上将角度的范围提高得多得多， 所以照明场 14 沿着 X 方向比沿着扫 描方向 Y 具有更大的尺寸。
从由光学积分器 72 产生的二次光源出射的投射光进入第二聚光器 78， 为了简单 起见， 第二聚光器 78 在图 2 中仅由单个透镜表示。第二聚光器 78 确保系统光瞳面 70 和后 续的中间场平面 80 之间具有傅立叶关系， 在中间场平面 80 中布置了场光阑 82。第二聚光 器 78 将由二次光源产生的光束叠加在中间场平面 80 中， 从而获得中间场平面 80 的非常均 匀的照明。场光阑 82 可以包括多个可移动刀片 (blade)， 并确保掩模 16 上的照明场 14 的 尖锐边缘。 场光阑物镜 84 提供了中间场平面 80 与掩模平面 86 之间的光学共轭， 在掩模平面 86 中布置了掩模 16。从而， 场光阑 82 被场光阑物镜 84 尖锐地成像到掩模 16 上。
III. 测量装置
必须非常精确地控制反射镜的取向， 即相对于倾斜轴 56x、 56y 的倾斜角 ( 见图 3)。 这是因为产生在感光面 22 上的图案对系统光瞳面 70 中的强度分布的变化非常敏感， 该强 度分布取决于反射镜 Mij 的取向。
仅在可以单独地测量反射镜 Mij 的取向的情况下才可以精确地控制反射镜 Mij 的取 向。为此， 照明系统 12 包括测量装置 90， 其被配置来引导各个反射镜 Mij 上的测量光以及 测量从各个反射镜 Mij 反射的测量光的方向。
在其它实施例中， 测量装置 90 被配置为不仅测量反射镜 Mij 的取向， 而且测量反射 镜 Mij 的反射面的形状。这些形状在投射曝光设备 10 的工作期间可以改变， 通常是由于高 能量投射光的吸收引起的热的原因。在 EUV 照明系统中， 热引起的变形的问题特别受重视， 因为与 DUV 照明系统相比， 投射光的更大部分被反射镜吸收。为了测量单独反射镜 Mij 的形 状， 必须不仅针对各个反射镜 Mij 上的一个位置而且针对多个位置获得表面相关的参数 ( 诸 如表面法线或距离 )。
在任一情况中， 反射镜 Mij 可以被认为共同形成更大的光学表面。测量装置 90 则 在此光学表面上的多个位置处测量与此光学表面相关的某一参数。在各个反射镜 Mij 上存 在至少一个但可能是两个或更多个这样的位置。该参数可以是例如表面法线， 或者在反射 镜 Mij 上存在三个或更多个位置的情况下该参数可以是距离。 在此实施例中， 该参数适合描 述反射镜 Mij 的取向， 并因此适合描述由反射镜 Mij 共同形成的光学表面的形状。
测量装置 90 向控制单元 50 馈送所测量的参数。如果在所测量的反射镜取向与目 标取向之间的偏差超过预定阈值， 则控制单元 50 可以接着重新调整某些或所有反射镜 Mij。
关于反射镜 Mij 的控制的更多细节可以从由本申请的申请人于 2008 年 10 月 8 日提交的德 国专利申请 DE 10 2008 050 446.7 以及由本申请的申请人于 2008 年 12 月 19 日提交的国 际专利申请 PCT/EP2008/010918 中收集。
现在将参照图 2 和图 4 描述测量装置 90 的总体结构， 图 4 是图 2 的放大且更详细 的局部图。
测量装置 90 包括照明单元 92， 其将单独测量光束 94 引导到各个反射镜 Mij。在从 反射镜 Mij 反射之后， 测量光束 94 进入包括检测器光学部件 98 和位置解析传感器 100 的 检测器单元 96。检测器光学部件 98 可以包括将测量光束 94 的方向转换为位置解析传感 器 100 上的位置的聚光器。由传感器 100 获得的位置数据被提供到评估单元 102， 评估单 元 102 被配置来基于检测器单元 96 所测量的反射测量光束 94 的方向， 确定反射镜检测器 的取向。这些数据接着被馈送到控制单元 50， 如上已经说明的。在前述 WO 2008/095696A1 中描述了关于检测器单元 96 的更多细节。
为了能够单独测量各个反射镜检测器的取向， 测量装置 92 必须能够识别所检测 的测量光束 94 已从哪个反射镜 Mij 反射。就此而言的一个方法是使用包括多个单独照明部 件 103 的照明单元 92。各个部件 103 产生被引导到反射镜 Mij 之一的测量光束 94。因为可 以单独地控制照明部件 103， 所以可以使用光学复用， 例如在时间或频率域中， 以区别传感 器 100 检测的测量光束。 如果照明单元 92 包括多个单独照明部件 103， 则必须确保各个照明部件 103 产生 的光束 94 仅入射在一个反射镜 Mij 上。换言之， 照明部件在反射镜 Mij 上产生的测量光束光 斑必须非常小， 以致于它们在任一相邻反射镜 Mij 上不覆盖显著的区域。否则， 测量精度将 被大大降低。
在该方面， 上述 WO 2008/095695A 建议对各个照明部件使用单独的光学成像部 件。各个成像部件将照明部件的光出射面成像到所关联的反射镜 Mij 上。各个成像部件可 以由正透镜形成， 并且多个透镜可以形成微透镜阵列。
然而， 已经发现由于优选几何条件 ( 照明部件的间距、 反射镜的间距、 以及照明部 件和反射镜之间的距离 )， 衍射大大地模糊了测量光束 94 在反射镜 Mij 上产生的测量光斑。 于是， 这些光斑不被限制到一个反射镜 Mij， 而是部分地覆盖一个或多个相邻的反射镜 Mij。 这严重地降低了测量装置 90 可获得的测量精度。
1. 第一实施例
图 5 是穿过根据第一实施例的照明单元 92 的示意子午截面。在此实施例中， 照明 部件由布置为二维阵列的光源 104 形成。光源 104 可以被实现为激光二极管， 例如垂直腔 表面发射激光器 (VCSEL)， 其特别适合于本应用， 因为这些激光二极管可以被密集封装， 且 可以被单独地控制。各个光源 104 具有光出射面 106， 其布置在成像系统 110 的物平面 108 中， 成像系统 110 将物平面 108 成像在像平面 112 上。
在图 5 中， 成像系统 110 仅由两个透镜 114、 116 表示。然而， 应当理解， 可以使用 其它尤其是更复杂的成像系统 110 用于将物平面 108 成像在像平面 112 上。特别地， 可以 针对远心度误差校正成像系统 110， 这是因为测量光束 94 入射在反射镜 Mij 上的方向对于 测量精度非常关键， 并因此必须被精确地知道。此外， 成像系统 110 可以包括可调节的光学 元件， 例如可以借助于操纵器而沿着光轴或垂直于光轴移动的透镜或反射镜。光学元件的
调节可以被用于共同地改变反射镜 Mij 上产生的测量光斑的尺寸和 / 或位置。
因为光源 104 不由单独的微透镜而由共同的成像系统 110 成像在反射镜 Mij 上， 所 以成像系统 110 的光学元件的直径一般将大得多。结果， 测量光斑 ( 即在反射镜 Mij 上产生 的光出射面 106 的像 ) 不会由于衍射而被显著模糊。因此， 将光出射面 106 布置在共同成 像系统 110 的物平面 108 中使得可以完全将测量光斑限制到一个单独反射镜 Mij 的表面上。 因此， 测量精度不会由于测量光被引导到错误的反射镜 Mij 而被降低。
如果满足以下不等式 (1)， 则与利用成像系统 110 将多于一个光出射面 106 成像关 联的优势特别显著 ：
Ps2 ＜ 5λd (1)
这里， Ps 是产生在光学表面上的测量光斑的平均间距。如果光学表面由反射镜 Mij 形成， 则此间距 Ps 将通常等于反射镜 Mij 的间距 Pm。在上述不等式中， d 表示物平面 108 与 像平面 112 之间的距离， λ 是测量光的中心波长。如果不等式 (1) 被满足， 则当各个光出 射面被其自身的透镜成像在反射镜 Mij 上时， 衍射将模糊产生在反射镜 Mij 上的光斑， 到导致 测量精度显著降低的程度。
可替换或可调节的孔径光阑 117 可被用于改变在反射镜 Mij 上产生光斑的测量光 束 94 的数值孔径。测量光束 94 的均匀数值孔径有助于检测器单元 96 的设计。 2. 第二实施例
具有小的光出射面 106 的光源 104 不可避免地产生具有大发射度的测量光束 94。 这导致大的几何光通量， 大的几何光通量使得成像系统 110 的光学设计更困难， 且通常隐 含着使用具有大直径的光学元件。
图 6 在类似于图 5 的表达中示出了根据第二实施例的照明单元 92， 其中各个照明 部件 103 包括了产生测量光的光源 104， 以及可以由具有正折射力的微透镜形成的光聚集 器 118。形成光聚集器 118 的微透镜可以被布置为形成位于光源 104 的直接前方的微透镜 阵列。这样的微透镜还可以被直接应用在形成光源 104 的激光二极管的前端面上。
如图 7 中的局部放大图所示， 光聚集器 118 减小了光源 104 发射的光束 94 的发散 度， 并从而降低了光学系统 110 必须处理的几何光通量。这有助于成像系统 110 的设计， 并 通常使得可以使用具有更小直径的光学元件 ( 见图 6 中的透镜 114， 与图 5 中的透镜 114 相 比 )。光聚集器 118 被配置为使得光聚集器 118 产生的衍射将不导致产生在反射镜 Mij 上 的光斑的严重模糊。
在图 6 所示的实施例中， 光出射面 106 现在由光聚集器 118 的后表面形成， 所述光 聚集器 118 布置在成像系统 110 的物平面 108 中。因此， 与图 5 中所示的实施例相比， 成像 系统 110 成像由这些后表面形成的且以降低的发散度发射光束的表面。
3. 第三实施例
图 8 是穿过根据第三实施例的照明单元 92 的子午截面。与图 6 和图 7 中所示的 第二实施例相对比， 成像系统 110 包括多个成像子系统， 各个子系统具有其中布置了超过 两个但不是所有光出射面 106 的物平面。在这里所示的实施例中， 存在三个成像子系统， 各 自分别包括两个正透镜 114a、 116a、 114b、 116b 以及 114c、 116c。
为了防止测量光斑由于衍射而延伸到相邻反射镜 Mij 上， 应该满足条件 (2) ： 2
Mps ≥ 5λd (2)
这里， M ＞ 2 是成像子系统的最小直径超过光斑的间距 ps 的倍数 ( 即， 最小直径是Mps)。 4. 第四实施例
图 9 是穿过根据类似于图 5 中所示的第一实施例的第四实施例的照明单元 92 的 子午截面。然而， 在此实施例中， 成像系统 110 被配置为使得第二透镜 116 与像平面 112 之 间的距离更大。这简化了测量装置 90 在照明系统 12 中的空间布置。此外， 与图 5 中所示 的实施例相比， 测量光束 34 的数值孔径被降低。这有助于检测器光学部件 98 的设计和布 置。照明部件 103 可以再次包括光源或光源与光聚集器的组合。
5. 第五实施例
在所述前述实施例中， 成像系统 110 具有放大率 β， 其由下式给出 ：
|β| ＝ R ＝ ps/pf (3)
其中 ps 仍然是成像平面 112 中的测量光斑的平均间距， pf 是物平面 104 中的光出 射面 106 的平均间距 ( 见图 8)。
图 10 是穿过根据第五实施例的成像单元 92 的子午截面， 其中放大率 β 设置得不 同。第一照明子单元 122a 包括包含三个照明部件 103 的第一阵列 120a 以及包含正透镜 114a 和透镜 116 的光学子系统。第二照明子单元 122b 包括包含三个照明部件 103 的第二 阵列 120b 以及包含正透镜 114b 和透镜 116 的光学子系统。因此， 透镜 116 是照明子系统 122a、 122b 两者的一部分。
在各个照明子系统 122a、 122b 中， 光学子系统的放大率 β 由下式给出 ：
|β| ＝ 2·R ＝ 2·ps/pf (4)
结果， 相邻照明部件 103 不在相邻反射镜 Mij 上产生测量光斑， 而是在之间相隔一 个反射镜的反射镜上产生测量光斑。在一般情况下， 如果放大率满足 ：
|β| ＝ N·ps/pf， (5)
则相邻照明部件 103 不在相邻反射镜 Mij 上产生测量光斑， 而是在沿着给定方向相 隔 N-1 个反射镜的反射镜上产生测量光斑。
在图 10 中所示的照明单元 92 中， 分别关于透镜 114a 和 114b 布置第一和第二阵 列 120a、 120b， 从而不由第一阵列 120a 照明的反射镜 Mij 由第二阵列 120b 照明， 反之亦然。 因此， 可以在阵列 46 的所有反射镜 Mij 上产生测量光斑。如果阵列 120a、 120b 之一分别相 对于对应透镜 114a 和 114b 之间的空间关系被合适地改变， 例如通过垂直于光轴轻微地位 移一个阵列或对应的透镜， 则可以在每一个第二反射镜 Mij 上产生两个重叠的测量光斑。
根据示意性地示出此实施例的照明部件 103 的阵列的三维布置的图 11， 与满足等 式 (5) 的放大率关联的优势将变得更明显。照明部件 103 形成四个二维 3x3 阵列 120a、 102b、 120c 和 120d。在图 11 的右手侧， 反射镜阵列 46 上的位置被指示为圆圈， 照明部件 103 可以在这些位置上产生测量光斑。 较暗的区域图示了测量光的存在， 并且线连接光发射 照明部件 103， 所述位置指示空间关系， 即哪个光发射照明部件 103 照明反射镜阵列 46 上的 哪个位置。为了简单， 未示出将照明部件 103 的光出射面成像在反射镜阵列 46 上的光学子 系统。
如从图 11 变得清楚的， 阵列 120a 至 120d 可以被空间隔开一远大于照明部件 103 的光出射面之间的间距 pf 的距离。阵列 120a 至 120b 与提供来将阵列 120a 至 120b 成像在
反射镜阵列 46 上的光学子系统之间的相对布置确定可以将测量光斑产生在反射镜阵列 46 上的地方。
一般地， 如果反射镜阵列包括 m×m 个反射镜 Mij， 并且放大率是 β ＝ N· R， 则在零 2 冗余的情况中必须提供各自包括 (m/N)×(m/N) 个照明部件的 n ＝ N 个子单元。
此构思具有以下优点 ：
a) 阵列尺寸降低
因为相邻阵列 120a 至 120d 之间的距离可以远大于相邻照明部件 103 之间的间距 pf， 所以阵列 120a 至 120d 可以被制造为分离单元， 例如其上形成多个激光二极管的分离芯 片 (die)。在图 10 和图 11 中所示的简化实施例中， 这些阵列仅包括 3×3 ＝ 9 个照明部件 103， 而反射镜阵列 46 包括 36 个反射镜 Mij。照明部件 103 的较小阵列的制造更简单， 并通 常导致更高的制造成品率。此外， 在照明部件 103 失效的情况下， 仅需要替换包括该失效的 照明部件的一个 ( 小的 ) 阵列。在前述实施例中， 光源的整个阵列必须被替换， 因为在紧密 封装的阵列中通常不可能替换单个光源。
b) 冗余
另一个优势是可以通过小心地改变阵列 120a 至 120d 相对于透镜 114a 至 114d 的 空间关系而容易地调节阵列 120a 至 120d 产生的光斑的位置。这也包括提供冗余的能力， 使得反射镜阵列 46 上的位置可以被不同阵列 120a 至 120d 的照明部件 103 照明。
图 12 中示意性地示出了这一点， 其中提供了两组照明部件阵列 122a 至 122b 和 122a’ 至 122b’ 。圆圈指示的反射镜阵列 46 上的每个位置可以被两个照明部件 103 照明， 其中一个照明部件 103 被布置在阵列 122a 至 122b 之一中， 另一照明部件 103 被布置在其 余阵列 122a’ 至 122b’ 之一中。
此构思甚至使得可以在投射曝光设备 10 已经工作之后添加附加的照明子单元。 例如， 如果照明部件 103 的寿命比预期的短， 则可能发生这样的情形。于是， 可以通过向测 量装置 90 添加附加的照明部件阵列而容易地提高照明部件 103 的冗余度。
6. 第六实施例
在上述实施例中， 已经假定可以至少大致与成像系统 110 的光轴垂直地布置反射 镜阵列 46。在实际系统中， 反射镜阵列 46 应当被倾斜地照明， 因为只有这样才可以确保 没有测量装置 90 的组件打断投射光的传播， 以及从反射镜 Mij 反射的测量光束 94 可以被 检测器光学部件 98 接收 ( 见图 4)。如果成像系统 110 的物平面 106 和像平面 122 满足 Scheimpflug 条件， 则可以容易地获得这样的倾斜照明。
图 13 示出了照明单元 92， 其与图 9 中所示的照明单元类似。然而， 在此实施例中 满足 Scheimpflug 条件， 从而， 虽然相对于其中布置了反射镜阵列 46 的像平面 112 倾斜地 布置物平面 106， 但获得了良好的成像质量。 此外， 透镜 114、 116 分别具有旋转对称轴 A1 和 A2， 轴 A1 和 A2 不共线， 而是互相平行并分离一距离。
7. 第七实施例
图 14 中示出了在照明部件 103 内提供光源 104 的冗余的方法， 图 14 是穿过多个 照明部件 103 的子午截面。每个照明部件 103 包括光源 104 的阵列以及一个光聚集器。光 聚集器由施加在基底 124 上的透镜 118 形成， 基底 124 对所有照明部件 103 而言是共用的。 在一个实施例中， 在给定时间， 仅照明部件 103 的光源 104 中的一个在工作。布置在物平面 108 中的光出射面 106 不由光源 104 形成， 而是由光聚集器透镜 118 的后表面形成。可以如此布置光源 104， 使得光出射面 106 的尺寸和位置不依赖于照明部 件 103 的哪个光源 104 当前正在产生测量光。如果照明部件 103 的光源 104 之一失效， 则 光源 104 的控制确保此照明部件 103 的其余光源 104 中的一个接替。因为光出射面 106 是 固定的， 所以这将不改变反射镜 Mij 上产生的光斑位置或尺寸， 而将仅对测量光束 94 入射在 反射镜 Mij 上的方向具有影响。当确定反射镜取向时评估单元 102 可以考虑这一点。
8. 第八实施例
图 15 是 EUV 投射曝光设备的示意图， 该 EUV 投射曝光设备包括具有 EUV 辐射源 30 的照明系统 12、 反射掩模 16 和投射物镜 20。物镜 20 包括 6 个反射镜 M1 至 M6， 其在施加在 支撑体 (support)24 上的感光层 22 上形成掩模 16 的缩小像。
在所示的实施例中， 最后一个反射镜 M6 是适应性反射镜。为此， 提供致动器单元 130， 其被配置为使反射镜 M6 的反射面变形。确定该变形， 使得减小像差。这在像差随时间 变化的情况下特别有用。这种随时间变化的像差通常由反射镜 M1 至 M6 的温度分布的变化 而导致， 因为它们可能在掩模 16 或照明系统 12 产生的照明设置已被改变之后发生。
图 16 是反射镜 M6 和致动器单元 130 的更详细的示意侧视图。致动器单元 130 包 括多个致动器 132， 所述多个致动器 130 被固定到共同的支撑结构 133 上并被配置来对反射 镜 M6 施加力， 如图 16 中双箭头所指示的。致动器 132 由致动器控制单元 134 控制， 该致动 器控制单元 134 控制致动器使得获得期望的表面变形。 为此， 投射物镜 20 包括与上文参照图 4 至 14 所说明的测量装置基本相同的测量 装置 90。照明单元 92 包括多个照明部件 103， 所述多个照明部件 103 将测量光束 94 引导 向反射镜 M6 的光学表面上所选择的位置。经反射的测量光束进入检测器单元 96 的检测器 光学部件 98， 并接着被传感器 100 检测。确定照明单元 92 和检测器单元 96 的布置， 使得其 不干扰 EUV 投射光 138。
连接到传感器 100 的评估单元 102 基于检测器单元 96 所测量的光束的方向确定 反射镜 M6 的形状。测量装置 90 所获得的表面形状信息被用来在闭环控制机制中控制致动 器 132。
已经通过示例给出了优选实施例的以上描述。根据所给出的公开， 本领域的技术 人员将不仅理解本发明及其伴随的优点， 还将发现对所公开的结构和方法的各种明显改变 和修改。因此， 申请人寻求覆盖落入由所附权利要求限定的本发明及其等同物的精神和范 围内的所有这样的改变和修改。