包括測量光學元件的測量系統的投射曝光設備的製作方法

2023-05-30 07:39:31

包括測量光學元件的測量系統的投射曝光設備的製作方法
【專利摘要】一種微光刻的投射曝光設備(10)，包括測量投射曝光設備的光學元件的測量系統(50)。測量系統(50)包括：照射裝置(54)，其構造成在不同方向(64)上將測量輻射(62)輻射至光學元件(20)，使得對於不同入射方向(64)，測量輻射(62)覆蓋光學元件(20)內的相應光路長度(68)；檢測裝置(56)，其構造成對於相應入射方向(64)測量光學元件(20)中由測量輻射(62)覆蓋的對應光學路徑長度；以及評估裝置，其構造成考慮相應入射方向，通過所測量路徑長度的計算機斷層反向投射確定光學元件(20)中的折射率的空間解析分布。
【專利說明】包括測量光學元件的測量系統的投射曝光設備
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求於2012年2月1日提交的德國專利申請No. 102012201410. 1和於2012 年2月1日提交的美國臨時申請No.61/593349的優選權。該德國專利申請和該美國臨時 申請的全部公開內容通過引用併入本申請。

【技術領域】
[0003] 本發明涉及一種包括測量系統的微光刻投射曝光設備以及一種測量光學元件的 方法。

【背景技術】
[0004] 為了經濟地操作投射曝光設備，期望以儘可能短的曝光時間使掩模結構成像在半 導體晶片形式的基板上，從而獲得曝光基板的儘可能高的吞吐量。這需要實現對每個獨立 基板充分曝光的高輻射強度。特別地，當使用紫外或極紫外（EUV)波長範圍內的輻射時，強 輻射的影響可具有的效果是，投射曝光設備的投射鏡頭和照明光學單元中的獨立光學元件 的溫度局部地改變，這繼而影響光學元件的表面形狀和折射率。光學元件中的溫度分布和 折射率分布還可暫時地改變。
[0005] 獨立光學元件的特性中的這些輻射引起的變化可導致投射曝光設備的成像行為 偏差。投射鏡頭中的光學元件的特性的變化表現為投射鏡頭的像差。這些像差的範圍取決 於輻射劑量。透鏡元件中的高輻射強度的效果的示例包括透鏡元件材料的密度緻密或減 小。在使用193nm輻射的情況下，在石英玻璃中觀察到密度的特別大的變化。這種效應通 常表示以及還稱為所謂的"透鏡加熱（lens-heating) "效應。
[0006] 由透鏡加熱產生的像差在投射曝光設備操作期間通常連續地改變投射鏡頭的成 像行為。這不利地影響光刻成像的質量。為了確保均勻的高成像質量，在許多情況下，通常 以規則時間間隔中斷投射曝光設備的曝光操作，以檢查成像行為。然而，這種中斷代價高， 因為它們導致吞吐量減小。


【發明內容】

[0007] 解決的目標問題
[0008] 本發明所解決的目標問題是提供一種投射曝光設備和一種方法，由此解決上述問 題，特別地，可獲得投射曝光設備的均勻的高成像質量以及高吞吐量。
[0009] 根據本發明的解決方案
[0010] 上述目標問題可根據本發明解決，例如藉助微光刻的投射曝光設備，該投射曝光 設備包括測量投射曝光設備的光學元件的測量系統。光學元件可以是例如透鏡元件，否則 為反射鏡元件。投射曝光設備包括照明光學單元和投射鏡頭。要測量的光學元件可以是照 明光學單元或投射鏡頭的一部分。測量系統包括照射裝置，其構造成在不同方向上對光學 元件輻射測量輻射，使得對於不同入射方向，測量輻射覆蓋光學元件內的相應光學路徑長 度。而且，測量系統包括檢測裝置和評估裝置。測量系統構造成對於各入射方向測量光學 元件中由測量輻射覆蓋的對應光學路徑長度。評估裝置構造成考慮相應入射方向，通過所 測量的路徑長度的計算機斷層反向投射（computed-tomographic-back-projection)確定 光學元件中的折射率空間解析分布。
[0011] 換言之，根據本發明的測量系統基於計算機斷層測量原理操作，並由此可尤其實 施為斷層掃描測量系統。在計算機斷層測量中，在不同方向上測量要測量的物體，從測量確 定要測量的物體的內部空間結構，並將該內部空間結構表示為例如切片圖像形式。根據本 發明的測量系統從在不同方向上實施的測量確定光學元件的光學折射率的空間解析分布。 空間解析分布可以一維、二維或三維地確定，這取決於實施例。從所確定的折射率的空間解 析分布，在光學元件是透鏡元件的情況下，可以直接推斷出透鏡元件的光學行為。在光學元 件是反射鏡元件的情況下，例如可以測量反射鏡基板的折射率的空間解析分布。然後，可從 該分布中推斷出反射鏡表面的變化。而且，例如，可確定光學元件的溫度分布。
[0012] 由光學元件的折射率沿光學元件中對應入射方向的測量輻射覆蓋的路徑在檢測 單元上的投影，確定相應的光學路徑長度。特別地，根據本發明的計算機斷層反向投射實現 為過濾反向投射（filtered-back-projection)。該方法基於拉冬變換（Radon-transform), 並且原理可例如從醫學計算機斷層照相術中由本領域技術人員所知。特別地，反向投射在 光學元件的至少二維區域上進行。那麼，可從中二維地確定折射率的空間解析分布。
[0013] 在測量光學元件期間，測量輻射以不同方向輻射到光學元件上。特別地，不同方向 應理解為彼此相差至少Γ、至少5°或至少10°角度的方向。
[0014] 根據本發明在不同方向上測量光學元件可例如經由光學元件的邊緣實現。這使得 可在不中斷投射曝光設備的曝光操作情況下實施測量。因此，可在投射曝光設備操作期間 監控對投射曝光設備的成像行為至關重要的特性的空間解析分布。這繼而使得可例如藉助 操縱器甚至在曝光操作期間校正成像行為與期望狀態的可能偏差。因此，本發明使得可在 沒有曝光操作的減小吞吐量中斷的情況下，獲得均勻的高成像質量。
[0015] 依照根據本發明的一個實施例，評估裝置構造成將所測量的路徑長度反向投射到 光學元件的體積區域（測量輻射通過該體積區域）上，並由此確定光學元件中的折射率的 三維空間解析分布。
[0016] 依照根據本發明的另一實施例，所測量的光學元件是透鏡元件。特別地，在該情況 下，投射曝光設備設計用於以UV輻射（比如具有約365nm、約248nm或約193nm波長的輻 射）曝光。而且，所測量的光學元件可實施為衍射或散射元件。
[0017] 依照根據本發明的另一實施例，測量系統構造成在關於光學兀件光軸橫向延伸的 至少兩個不同方向上測量光學元件。因此，該測量從光學元件的邊緣區域進行，即，與光學 元件相關的所使用的光束路徑不會受到測量的不利影響。
[0018] 依照根據本發明的另一實施例，測量系統構造成從測量中確定出光學元件的至少 一個截面中的溫度空間解析分布。這基於測量輻射穿過其中的材料的折射率的已知溫度依 賴性，通過對光學元件的所測量的折射率空間解析分布進行評估來完成。
[0019] 依照根據本發明的另一實施例，檢測裝置包括幹涉儀，為了測量光學路徑長度，幹 涉儀構造成在測量輻射穿過光學元件中的光學路徑長度之一後，用參考輻射疊加該測量輻 射。根據一個變型，參考輻射在進入光學元件之前從測量輻射分出。
[0020] 依照根據本發明的另一實施例，照射裝置包括多個照射單元，每個照射單元構造 並布置成在不同入射方向之一上發射測量輻射，其中，不同照射單元的入射方向成對地彼 此不同。換言之，照射單元在各個情況中僅在相互不同的入射方向上發射測量輻射。
[0021] 依照根據本發明的另一實施例，檢測裝置包括多個檢測單元，每個檢測單元構造 成測量不同入射方向中相應的一個上的光學路徑長度，其中，分配給不同檢測單元的入射 方向成對地彼此不同。
[0022] 依照根據本發明的另一實施例，測量系統包括至少一個集成的測量模塊，集成的 測量模塊構造成在不同方向之一上將測量輻射輻射到光學元件，並測量在與該入射方向相 反的方向上返回的測量輻射。因此，該集成的測量模塊具有關於不同入射方向之一的檢測 裝置的功能和照射裝置的功能。根據一個實施例，測量系統具有多個集成的測量模塊，在每 個集成的測量模塊中，照射單元和檢測單元被集成。集成的測量模塊優選緊湊地形成，使得 其僅在光學元件的被測量的一側延伸。
[0023] 依照根據本發明的另一實施例，測量系統包括用於將測量輻射輻射到光學元件的 至少一個照射單元和用於測量光學元件中由測量輻射覆蓋的光學路徑長度的檢測單元。根 據該實施例，照射單元和檢測單元布置在光學元件的相對兩側。
[0024] 依照根據本發明的另一實施例，照射單元包括用於發射測量輻射的照射單元，檢 測單元包括分配給照射單元並用於測量光學元件中由測量輻射覆蓋的路徑長度的檢測單 元。而且，測量系統具有旋轉軸承，照射單元和檢測單元固定到旋轉軸承。旋轉軸承構造成 使得在旋轉軸承的不同旋轉位置，由照射單元發射的測量輻射在不同方向上輻射到光學元 件，檢測單元布置成在相應旋轉位置測量由照射單元發射的測量輻射。
[0025] 本發明還提供一種微光刻的投射曝光設備，其包括用於測量投射曝光設備的光學 元件的測量系統（描述在下面）。測量系統包括照射裝置，照射裝置構造成在不同方向上將 測量輻射輻射到光學元件，使得對於不同入射方向，測量輻射覆蓋穿過光學元件的至少一 個截面的相應光學路徑長度。而且，測量系統包括檢測裝置和評估裝置，檢測裝置構造成對 於相應入射方向，測量光學元件中由測量輻射覆蓋的對應光學路徑長度，評估裝置構造成 考慮相應入射方向，從所測量的路徑長度確定光學元件的特性的三維空間解析分布。該投 射曝光設備可選地具有上面實施例和示例性實施例提及的特徵。特別地，確定的光學元件 特性可以是其折射率。
[0026] 而且，本發明提供了一種微光刻的投射曝光設備，其包括測量系統，其中，測量系 統包括至少一個紅外傳感器，至少一個紅外傳感器構造成測量從光學元件以不同方向發 出的紅外輻射的相應強度，測量系統構造成從所述測量確定光學元件的特性的空間解析分 布。如果合適，該投射曝光設備還可可選地具有上面實施例和示例性實施例提及的特徵。
[0027] 如本領域技術人員所知，由光學元件的獨立體積元素髮射的紅外輻射的強度與相 應體積元素的溫度四次方成比例。依照根據本發明的一個實施例，測量系統構造成從所述 測量確定光學元件至少一個截面中的溫度的空間解析分布。
[0028] 依照根據本發明的另一實施例，投射曝光設備還包括操縱裝置，用於改變投射曝 光設備的光學特性。而且，投射曝光設備包括控制裝置，控制裝置構造成基於所測量的光學 元件特性的空間解析分布，藉助操縱裝置改變投射曝光設備中的光學元件的光學特性，尤 其是像差效果。
[0029] 本發明還提供了一種測量微光刻的投射曝光設備的光學元件的方法。根據該方 法，測量輻射以不同方向輻射到光學元件上，使得對於不同入射方向，測量輻射覆蓋穿過光 學元件的至少一個截面的相應光學路徑長度。而且，對於相應入射方向，測量光學元件中由 測量輻射覆蓋的對應光學路徑長度，並且考慮相應入射方向，通過所測量路徑長度的計算 機斷層反向投射確定光學元件中的折射率的空間解析分布。
[0030] 依照根據本發明的一個實施例，在測量期間，光學元件是微光刻的投射曝光設備 的一部分。換言之，光學元件在結合到投射曝光設備中的狀態下被測量。依照根據本發明 的另一實施例，基於所測量的光學元件特性的空間解析分布改變包括光學元件的投射曝光 設備的光學特性。
[0031] 依照根據本發明的另一實施例，為了測量光學路徑長度，測量輻射在穿過光學元 件中的光學路徑長度之一後與參考輻射疊加。依照根據本發明的另一實施例，測量輻射以 不同入射方向之一發射出，其中，不同照射單元的入射方向成對地彼此不同。依照根據本發 明的另一實施例，針對不同入射方向中的相應一個測量光學路徑長度，其中，分配給不同檢 測單元的入射方向成對地彼此不同。根據另一實施例，利用前述實施例之一中的測量系統 實施根據本發明的方法。
[0032] 關於根據本發明的投射曝光設備和根據本發明的測量系統的上述實施例特定說 明的特徵可對應地應用於根據本發明的方法。相反地，關於根據本發明的方法的上述實施 例特定說明的特徵可對應地應用於根據本發明的投射曝光設備和根據本發明的測量系統。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033] 參考所附示意圖，在下面對根據本發明的示例性實施例的詳細描述中說明本發明 的上述和其它有利特徵，附圖中：
[0034] 圖1示出根據本發明第一實施例的用於微光刻的投射曝光設備的透鏡元件形式 的光學元件的透視圖，示出用於測量光學元件的測量系統的測量臂；
[0035] 圖2示出其中集成有根據圖1的測量系統的用於微光刻的投射曝光設備；
[0036] 圖3示出根據圖2的投射曝光設備的透鏡元件安裝件的實施例的細節圖，測量系 統的測量模塊結合在透鏡元件安裝件中；
[0037] 圖4示出根據本發明第一實施例的用於微光刻的投射曝光設備的反射鏡形式的 光學元件的透視圖，示出用於測量光學元件的測量系統的測量臂；
[0038] 圖5示出根據本發明第一實施例的測量系統的平面圖，該測量系統具有包括測量 模塊和反射元件的多個不同取向的測量臂；
[0039] 圖6示出穿過根據圖5的測量模塊的截面圖；
[0040] 圖7示出根據本發明另一實施例的測量系統的平面圖，該測量系統具有各包括照 射單元和檢測單元的多個不同取向的測量臂；
[0041] 圖8示出根據圖2的投射曝光設備的透鏡元件安裝件的另一實施例的截面圖，根 據圖7的測量系統的照射單元結合在透鏡元件安裝件中，檢測單元也結合在透鏡元件安裝 件中；
[0042] 圖9示出根據本發明另一實施例的測量系統的平面圖，該測量系統具有旋轉安裝 的測量臂；
[0043] 圖10示出用於根據圖9的測量臂的旋轉軸承的第一實施例的示圖；
[0044] 圖11示出用於根據圖9的測量臂的旋轉軸承的另一實施例的示圖；
[0045] 圖12示出根據本發明另一實施例的用於微光刻的投射曝光設備的光學元件的透 視圖，其具有用於測量光學元件的測量系統；
[0046] 圖13不出根據圖12的測量系統的平面圖。

【具體實施方式】
[0047] 在示例性實施例和下面所述實施例中，在功能上和結構上彼此類似的元件儘可能 具有相同或類似參考標號。因此，為了理解特定示例性實施例的獨立元件的特徵，應當參考 對其它示例性實施例的描述或對本發明的總體描述。
[0048] 為了便於描述投射曝光設備，附圖顯示笛卡爾xyz坐標系，其揭示出圖中所示組 件的相應位置關係。在圖1中，y方向向後傾斜地行進到附圖平面中，X方向朝向右側行進， z方向向上行進。
[0049] 圖1示意性地示出透鏡元件形式的光學元件20以及測量系統50的測量臂53。測 量系統50用於測量光學元件20,並包括在不同方向上布置的多個測量臂53,如下更詳細所 述。圖1所示測量臂53包括集成的測量模塊52和反射鏡形式的反射元件58。根據一個實 施例，圖1所示光學元件20是微光刻的投射曝光設備10 (圖2示意性示出）的一部分，尤 其是投射曝光設備10的投射鏡頭32的一部分。或者，光學元件20還可以是投射曝光設備 10的照明光學單元16的一部分。
[0050] 圖2所示投射曝光設備10包括輻射源12,用於產生具有例如處於UV範圍中的波 長（比如365nm、248nm或193nm)的曝光輻射14。投射曝光設備10可設計用於EUV光刻。 在該情況下，曝光福射14具有小於100nm的波長，尤其為約13. 5nm或約6. 8nm的波長。曝 光輻射14首先穿過具有多個光學元件20的照明光學單元16,並由此照在掩模18上。掩模 18包括掩模結構，掩模結構藉助同樣包括多個光學元件20的投射鏡頭32成像到晶片形式 的基板34上，所述基板由基板臺36保持。
[0051] 在圖2以示例說明的根據本發明的投射曝光設備10的實施例中，為光學元件20 之一提供上面提及的測量系統50。測量系統50構造成以特定時間間隔計算機斷層地測量 分配的光學元件20。為此，在不同方向上測量光學元件20。在圖1所示測量系統50的實 施例中，光學元件20的折射率η是測量對象。由於單獨測量，在光學元件20的至少一部分 中確定光學元件20的折射率η。
[0052] 圖3示出將根據圖2的光學元件20之一上的測量模塊52的布置的實施例。在該 實施例中，光學元件20實施為透鏡元件，並由製造為裝夾安裝件的透鏡元件安裝件26保 持。為此，透鏡元件安裝件26包括可調夾爪28和固定夾爪29。兩個夾爪28和29從頂部 和底部在光學元件20的邊緣處夾緊光學元件20, S卩，夾爪28和29關於光學元件20的厚度 範圍從兩側抓緊光學元件20。夾爪28具有軸承滾珠30,軸承滾珠用於確保軸承的一定柔韌 性。光學元件20的邊緣區域23具有相對於透鏡元件安裝件26的側壁27的遊隙（play)， 邊緣區域的表面基本上平行於光學元件20的光軸21延伸。換言之，間隙25設置在光學元 件20的邊緣區域23與透鏡元件安裝件26的側壁27之間。切口 31設置在側壁27中，測 量模塊52布置在所述切口中。因此，測量模塊52布置在這樣的位置處，在該位置，從測量 模塊52的照射單元54發出的測量輻射62以不受阻礙的方式穿入光學元件20中，並且返 回的測量輻射可再次由測量模塊52的檢測單元56檢測，如圖1所示。與根據圖3的測量 模塊52的布置類似，可實現反射元件58在透鏡元件安裝件26中的布置。
[0053] 如上所提及的，由於單獨測量，在光學元件20的至少一個截面中確定光學元件20 的折射率η。在測量的光學元件20是透鏡元件的情況下，如圖1所示，所測量的折射率是透 鏡元件材料的折射率。如上所提及的，測量的光學元件20還可以是反射鏡元件。圖4示出 這種反射鏡元件。該反射鏡元件設計用於結合進EUV投射曝光設備中，並由此用於反射EUV 輻射。為此，反射鏡元件具有反射EUV輻射的塗層24。塗層24施加到反射鏡基板22的凹 面上。例如，反射鏡基板22可由ULE或Zerodur製成。在測量根據圖4的反射鏡元件的情 況下，關於反射鏡基板22的折射率測量折射率η。
[0054] 對於根據圖1或根據圖4的光學元件20的計算機斷層測量，測量系統50包括在 不同方向上取向且在各情況中都相對於光學兀件20的光軸21橫向取向的多個測量臂53。 在圖1和4所示實施例中，這種測量臂包括集成的測量模塊52和反射元件58。
[0055] 如上所提及的，集成的測量模塊52包括照射單元54和檢測單元56。照射單元54 在垂直於光學元件20的光軸21取向的入射方向64上將測量輻射52輻射到光學元件20。 測量輻射62具有可透過透鏡元件材料或反射鏡基板22的材料的波長。為此，測量輻射62 可輻射至光學元件20的外邊緣區域。在任何情況下，測量輻射62穿過光學元件20的至少 一個截面，再次從光學元件發出，由此由反射元件58反射回光學元件20。在反射之後，測量 福射62在返回方向66上行進，根據一個實施例，返回方向與入射方向64相反。
[0056] 返回的測量輻射62由此由測量模塊52的檢測單元56檢測。檢測單元56確定光 學元件20中由測量輻射62覆蓋的光學路徑長度。圖5示出根據圖1和4的測量系統50的 實施例，該測量系統具有五個不同取向的測量臂53-1至53-5。作為示例，針對測量臂53-1 示出光學路徑長度68。獨立的測量臂53-1至53-5各包括測量模塊52-1、52-2、52-3、52-4 和52-5以及相應分別關聯的反射元件58-1、58-2、58-3、58-4和58-5。測量臂53-1至53-5 中的每個具有與其它測量臂不同的取向。換言之，由獨立的測量模塊52-1至52-5發射的 測量輻射62分別具有不同的入射方向64-1、64-2、64-3、64-4和64-5。再次換言之，入射 方向64-1至64-5成對地彼此不同，但是它們均垂直於光學兀件20的光軸21取向。在圖 5所示實施例中，每個測量臂53-1至53-5的測量福射62穿過光學元件20的中心。
[0057] 為了產生相應的測量輻射62,測量模塊52-1至52-5包括相應的照射單元54-1 至54-5。照射單元54-1至54-5-起形成所謂的照射裝置。在於相應的元件58-1、58-2、 58-3、58-4和58-5處相應地反射測量輻射62之後，測量輻射由相應的檢測單元56-1、 56-2、56-3、56-4和56-5檢測。檢測單元56-1至56-5 -起形成所謂的檢測裝置。
[0058] 如上所提及的，光學元件20中由測量輻射62覆蓋的相應路徑長度68藉助每個測 量臂53-1至53-5測量。路徑長度測量值由此由圖5所示評估裝置60評估，以確立光學元 件20中折射率η的三維空間解析分布，S卩，針對光學元件20的每個體積元素，確定折射率 的對應值。該評估藉助計算機斷層掃描測量中已知的方法來實現。由光學元件20的折射 率沿光學元件中對應入射方向的測量輻射62覆蓋的路徑在相應檢測單元56上的投影，確 定相應測量的光學路徑長度。在評估期間，考慮相應入射方向，光學元件20的折射率的空 間解析分布通過對所測量的路徑長度的計算機斷層過濾反向投射而確定。原則上，本領域 技術人員從醫學計算機斷層照相術中已知合適的算法。根據一個組件，計算機斷層反向投 射基於本領域技術人員已知的拉冬變換。
[0059] 如圖2所示，測量結果從評估裝置60發送到投射曝光設備10的控制裝置38。控 制裝置將所述測量結果與在較早時刻記錄的至少一個測量結果進行比較。換言之，控制裝 置38確定折射率的空間解析分布中的變化。
[0060] 基於確定的折射率空間解析分布中的變化，控制裝置38計算出用於投射曝光設 備10的操縱裝置40的致動信號，該信號用於補償由折射率空間解析分布中的變化引起的 所測量的光學元件20的光學特性變化。操縱裝置40可包括對本領域技術人員來說已知的 各種操縱器，例如用於平移、旋轉和/或傾斜投射鏡頭20的光學元件20中的一個或多個的 元件。
[0061] 根據一個實施例，在投射曝光設備10的曝光過程期間，藉助相應測量系統50斷層 照相地監控投射鏡頭32的多個，尤其是所有光學元件20。從斷層照相測量結果中，以特定 時間間隔計算投射鏡頭32的成像特性的變化，並由此用操縱裝置40進行校正。因此，測量 系統50使得可無延時地、尤其可實時校正在曝光過程期間出現的透鏡元件像差。
[0062] 圖6示出圖1至5所示測量模塊52的實施例。如上所提及的，測量模塊52包括 照射單元54和檢測單元56。照射單元54用於在入射方向64上將測量輻射62輻射到光 學元件20。為此，照射單元54包括測量輻射源70和分束器72。由測量輻射源70產生的 測量輻射62的一部分由分束器72反射，並在入射方向64上作為進入的測量輻射63朝向 光學元件20傳送。測量輻射62的未反射部分穿過分束器72,充當參考輻射74。檢測單元 56包括分束器72、多個偏轉鏡76和檢測器相機80 (例如C⑶相機形式）。偏轉鏡76布置 成沿參考路徑將參考輻射74引導回分束器72。因此，參考路徑以未反射的測量輻射62的 行程始於分束器72,再次終止於分束器72,在該處，到達的參考輻射74的一部分朝向偏轉 器相機80反射。
[0063] 在分束器72處反射的測量福射63穿過光學兀件20,如上所述，並在光學兀件58 處反射，在再次穿過光學元件20之後，作為返回的測量輻射65再次進入測量模塊52。在 該情況下，返回的測量輻射65照在分束器72上。測量輻射65的穿過分束器72的部分與 在分束器72處反射的參考輻射74在檢測器相機80的表面上幹涉。參考路徑的光學路徑 長度與測量輻射62的光學路徑長度相協調（coordinated)。測量輻射62的光學路徑長度 由測量輻射的路徑的光學長度確定，其始於測量輻射62在分束器72處的反射，在兩次穿過 光學元件20之後再次終止於分束器72。如此限定的測量輻射的光學路徑長度包括光學元 件20內的光學路徑長度68 (如上面參見圖5所限定）的兩倍，以及光學元件20外部的剩 餘路徑距離。如果測量輻射64的光學路徑長度改變，例如由於透鏡加熱，則這會在由檢測 器相機80記錄的幹涉圖案中變得明顯。假定光學元件20外部的路徑長度是不變的且是已 知的。而且，光學元件內的大致路徑長度是已知的。光學元件內的光學路徑長度68的準確 值從所記錄的幹涉圖案中確定。分束器72與偏轉鏡76 -起形成幹涉儀78。
[0064] 圖7示出根據本發明的測量系統50的另一實施例。該測量系統與根據圖5的測 量系統50的不同之處在於，每個測量臂53-1至53-5中的測量輻射62僅穿過光學元件20 一次。測量臂53-1至53-5中的每一個包括照射單兀54-1至54-5之一以及檢測單兀56_1 至56-5中的相應一個。檢測單元56-1至56-5相對於分別分配給它們的照射單元54-1至 54-5布置在光學兀件20的各相對側。
[0065] 如圖7所示，進行這樣的布置，使得分別從照射單元54-1至54-5發出的測量輻射 62在不同入射方向64-1至64-5上穿過光學兀件20。每個照射單兀54-1至54-5經由光 纖82-1至82-5連接到相應分配的檢測單元56-1至56-5。相應的光纖82-1、82-2、82-3、 82-4和82-5朝向相應檢測單元56-1、56-2、56-3、56-4和56-5引導參考輻射74 (與圖6所 示布置類似地從測量輻射62中分出）。在相應檢測單元56-1、56-2、56-3、56-4和56-5中， 在測量輻射62穿過光學元件20 -次之後，參考輻射74與測量輻射62疊加。穿過光學元 件20的光學路徑長度與穿過光纖82的路徑長度的偏差從因疊加產生的幹涉圖中確定。如 在根據圖5的實施例中，在評估裝置60中評估由獨立檢測單元56-1至56-5確定的光學路 徑長度。
[0066] 圖8示出與根據圖3的實施例不同的透鏡元件安裝件126的實施例。該透鏡 元件安裝件126實施為粘合安裝件。為此，透鏡元件安裝件126具有多個安裝腳（mount feet) 129,光學元件20支承在安裝腳上。光學元件20的邊緣由透鏡元件安裝件126的側 壁27環繞。為了更好地固定，光學元件20藉助粘合腳133在側壁127和相應安裝腳129 的區域中粘接到透鏡元件安裝件126中。側壁127具有大量切口 131，其中，切口 131布置 成使得它們分別關於光學元件20成對地相對。測量臂53-1至53-5中相應一個的首先的 照射單元54和其次的檢測單元56布置在分別相互相對的切口 131中。
[0067] 圖9示出用於測量光學元件20的測量系統50的另一實施例。在該實施例中，測 量系統50包括僅一個測量臂53,在所示實施例中，測量臂由集成的測量模塊52和反射元件 58構成。或者，測量壁53還可與圖7所示測量臂53-1至53-5類似地構造，即具有分離的 照射單元54和分離的檢測單元56。
[0068] 與根據圖5的實施例類似，圖9所示集成的測量模塊52包括照射單元54和檢測 單元56。測量模塊52和反射元件58固定在可旋轉環形式的旋轉支撐結構84上。在該情 況下，旋轉支撐結構84相對於光學元件20的光軸21旋轉地安裝。為了測量光學元件20， 旋轉支撐結構84布置在不同的旋轉位置，使得由測量模塊52發射的測量輻射64以不同入 射方向64福射到光學兀件20。對於每個入射方向64,如上文參考圖6所描述的，測量測量 輻射64的光學路徑長度。在此，也通過對以不同入射方向64獲得的測量結果的斷層照相 評估來確定光學元件20的折射率的三維空間解析分布。
[0069] 圖10和11的截面圖示出安裝根據圖9的旋轉支撐結構84的不同可能性。在根 據圖10的實施例中，旋轉支撐結構84藉助驅動軸承83a安裝在根據圖1的投射鏡頭32的 框架85上。用於安裝光學元件20的透鏡元件安裝件26固定到框架85。驅動軸承83a實 施為磁軸承。磁軸承用於將旋轉支撐結構非接觸地安裝在框架85上。而且，驅動軸承83a 包括超聲波電機，還稱為壓電電機。超聲波電機使旋轉支撐結構84能夠繞光軸21旋轉。
[0070] 在圖11所示實施例中，旋轉支撐結構84藉助齒輪傳動83c固定到投射鏡頭32的 框架85。旋轉支撐結構84藉助空氣軸承83b相對於透鏡元件安裝件26旋轉地安裝。
[0071] 圖12示出根據本發明的測量光學元件20的另一測量系統250的實施例。光學元 件20可以是反射鏡元件，如圖12所示。如圖4所示，這種反射鏡元件包括反射鏡基板22 和反射塗層24。然而，根據圖1的光學透鏡元件也適用作光學元件。測量系統250包括沿 光學元件20圓周布置的大量紅外傳感器286。紅外傳感器286由不透過紅外輻射的柱形屏 蔽板形式的屏蔽件288包圍。
[0072] 如圖13所示，光學元件20的每個體積元素292在所有空間方向上發射紅外輻射 290。在相應體積元素292處發射的紅外輻射290的強度與對應體積元素292的溫度的四 次方成比例。沿光學元件20圓周布置的紅外傳感器286測量分別到達它們檢測表面的紅 外輻射的強度。藉助對通過各紅外傳感器286測量的所有強度值的評估，使用斷層照相評 估方法，尤其是拉冬變換確定光學元件20至少一個截面中的溫度的三維空間解析分布。從 所確定的溫度分布確定與同向性溫度分布相比的光學元件20中的折射率的變化。由此，進 而確定投射鏡頭的光學成像特性相對於較早測量的偏差。這些測量由此通過操縱裝置40 來校正，如參考圖2所說明的。
[0073] 參考符號列表
[0074] 1〇-微光刻的投射曝光設備
[0075] 12-輻射源
[0076] 14-曝光輻射
[0077] 16-照明光學單元
[0078] 18_ 掩模
[0079] 20-光學單元
[0080] 21-光軸
[0081] 22-反射鏡基板
[0082] 23-邊緣區域
[0083] 24-反射塗層
[0084] 25-間隙
[0085] 26-透鏡元件安裝件
[0086] 27-側壁
[0087] 28-可調夾爪
[0088] 29-固定夾爪
[0089] 30-軸承滾珠
[0090] 31-切口
[0091] 32-投射鏡頭
[0092] 34-基板
[0093] 36-基板臺
[0094] 38-控制裝置
[0095] 40-操縱裝置
[0096] 50-測量裝置
[0097] 52-集成的測量模塊
[0098] 53-測量臂
[0099] 54-照射單元
[0100] 56-檢測單元
[0101] 58-反射元件
[0102] 60-評估裝置
[0103] 62-測量輻射
[0104] 63-進入的測量輻射
[0105] 64-入射方向
[0106] 65-返回的測量輻射
[0107] 66-返回方向
[0108] 68-光學路徑長度
[0109] 70-測量輻射源
[0110] 72-分束器
[0111] 74-參考輻射
[0112] 76-偏轉鏡
[0113] 78-幹涉儀
[0114] 80-檢測器相機
[0115] 82_ 光纖
[0116] 83a_驅動軸承
[0117] 83b-空氣軸承
[0118] 83c-齒輪傳動
[0119] 84-旋轉支撐結構
[0120] 85-投射鏡頭的框架
[0121] 126-透鏡元件安裝件
[0122] 127-側壁
[0123] 129-安裝腳
[0124] 131-切口
[0125] 133-粘合腳
[0126] 250-測量系統
[0127] 286-紅外傳感器
[0128] 288-屏蔽件
[0129] 290-紅外輻射
[0130] 292-體積元素
【權利要求】
1. 一種微光刻的投射曝光設備，包括測量所述投射曝光設備的光學元件的測量系統， 其中，所述測量系統包括： --照射裝置，其構造成在不同方向上將測量輻射輻射至所述光學元件，使得對於所述 不同入射方向，所述測量輻射覆蓋所述光學元件內的相應光學路徑長度； --檢測裝置，其構造成對於所述相應入射方向，測量所述光學元件中由所述測量輻射 覆蓋的所述對應光學路徑長度；以及 --評估裝置，其構造成考慮所述相應入射方向，通過所述測量的路徑長度的計算機斷 層反向投射確定所述光學元件中的折射率的空間解析分布。
2. 如權利要求1所述的投射曝光設備， 其中，所述評估裝置構造成將所述測量的路徑長度反向投射到所述光學元件的使所述 測量輻射通過的體積區域上，並由此確定所述光學元件中的折射率的三維空間解析分布。
3. -種微光刻的投射曝光設備，包括測量所述投射曝光設備的光學元件的測量系統， 其中，所述測量系統包括： 一照射裝置，其構造成在不同方向上將測量輻射輻射至所述光學元件，使得對於所述 不同入射方向，所述測量輻射覆蓋穿過所述光學元件的至少一個截面的相應光學路徑長 度；以及 一檢測裝置，其構造成對於所述相應入射方向，測量所述光學元件中由所述測量輻射 覆蓋的所述對應光學路徑長度；以及 一評估裝置，其構造成考慮所述相應入射方向，從所述測量的路徑長度確定所述光學 元件的特性的三維空間解析分布。
4. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述測量的光學元件是透鏡元件。
5. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述測量系統構造成在關於所述光學元件的光軸橫向延伸的至少兩個不同方向 上測量所述光學元件。
6. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述測量系統構造成從所述測量確定所述光學元件的至少一個截面中的溫度的 空間解析分布。
7. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述檢測裝置包括幹涉儀，為了光學路徑長度測量的目的，所述幹涉儀構造成在 所述測量輻射穿過所述光學元件中的所述光學路徑長度之一後，使所述測量輻射與參考輻 射置加。
8. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述照射裝置包括多個照射單元，每個照射單元構造並布置成在所述不同入射 方向之一上發射所述測量輻射，其中，所述不同照射單元的入射方向成對地彼此不同。
9. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述檢測裝置包括多個檢測單元，每個檢測單元構造成對於所述不同入射方向 中的相應一個測量所述光學路徑長度，其中，分配給所述不同檢測單元的入射方向成對地 彼此不同。
10. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 包括至少一個集成的測量模塊，所述至少一個集成的測量模塊構造成在所述不同方向 之一上將所述測量輻射輻射到所述光學元件，並測量在與所述入射方向相反的方向上返回 的所述測量輻射。
11. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 包括將所述測量輻射輻射到所述光學元件的至少一個照射單元以及測量所述光學元 件中由所述測量輻射覆蓋的所述光學路徑長度的檢測單元，其中，所述照射單元和所述檢 測單元布置在所述光學元件的相對兩側。
12. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 其中，所述照射裝置包括發射所述測量輻射的照射單元，所述檢測裝置包括分配給所 述照射單元並用於測量所述光學元件中由所述測量輻射覆蓋的所述路徑長度的檢測單元， 其中，所述測量系統還具有旋轉軸承，所述照射單元和所述檢測單元固定到所述旋轉軸承， 所述旋轉軸承構造成使得在所述旋轉軸承的不同旋轉位置，由所述照射單元發射的所述測 量輻射在所述不同方向上輻射到所述光學元件，所述檢測單元布置成在所述相應旋轉位置 測量由所述照射單元發射的所述測量輻射。
13. -種微光刻的投射曝光設備，包括測量系統，其中，所述測量系統包括至少一個紅 外傳感器，所述至少一個紅外傳感器構造成測量由所述光學元件從不同方向發出的紅外輻 射的相應強度，所述測量系統構造成從所述測量確定所述光學元件的特性的空間解析分 布。
14. 如上述權利要求任一項所述的投射曝光設備， 還包括改變所述投射曝光設備的光學特性的操縱裝置以及控制裝置，其中，所述控制 裝置構造成基於所述光學元件的測量的特性的空間解析分布藉助所述操縱裝置改變所述 光學特性。
15. -種測量微光刻的投射曝光設備的光學元件的方法， 其中，在不同方向將測量輻射輻射到所述光學元件，使得對於所述不同入射方向，所述 測量輻射覆蓋穿過所述光學元件的至少一個截面的相應光學路徑長度， 其中，對於所述相應入射方向，測量所述光學元件中由所述測量輻射覆蓋的所述對應 光學路徑長度；以及 其中，考慮所述相應入射方向，通過所述測量的路徑長度的計算機斷層反向投射確定 所述光學元件中的折射率的空間解析分布。
【文檔編號】G03F7/20GK104145205SQ201380011972
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年1月23日 優先權日:2012年2月1日
【發明者】S.布雷迪斯特爾, J.哈特傑斯, T.格魯納 申請人:卡爾蔡司Smt有限責任公司