设置投射曝光系统的方法、投射曝光方法以及用于微光刻的投射曝光系统与流程

1.本发明涉及一种设置投射曝光系统的方法，该投射曝光系统用于以掩模图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底。本发明还涉及一种用于微光刻的投射曝光方法和投射曝光系统。


背景技术：

2.微光刻投射曝光方法和系统主要用于生产半导体部件和其它精细图案化的部件。这些方法包括使用掩模(光掩模、掩模母版)或其他图案化装置，其承载或形成待成像结构的图案，例如半导体部件层的线型图案。该图案在投射曝光系统中位于照明系统和投射镜头之间的光路中，使得该图案位于投射镜头的物平面的区域中。待曝光的衬底，例如涂覆有辐射敏感层(抗蚀剂、光致抗蚀剂)的半导体晶片被固定，以使得该衬底的辐射敏感表面被布置在投射镜头的像平面的区域中，所述像平面相对于物平面是光学共轭的。在曝光过程中，借助于照明系统对图案进行照明，该照明系统通过初级辐射源的辐射对照射到图案上的照明辐射进行整形。照明辐射可以用特定的照明参数来表征，并且照射在具有限定形状和尺寸的照明场内的图案上。被该图案改变的辐射作为投射辐射穿过投射镜头，该投射镜头将图案投射或成像到待曝光的衬底上。该图像在投射镜头的像场中生成。
3.开发投射曝光系统和方法的目的之一是通过光刻在衬底上生产尺寸越来越小的结构。更小的结构导致更高的集成密度，例如在半导体部件的情况下，这通常对所生产的微结构部件的性能具有有利的影响。可生产的结构的尺寸主要取决于所使用的投射镜头的分辨能力，并且可以通过减小用于投射的投射辐射的波长和/或通过增加在该过程中使用的投射镜头的像侧数值孔径na来增加。成像像差通常限制了忠实再现更精细的结构的能力。
4.用于微光刻的投射镜头通常包括多个光学元件，以满足关于成像像差校正的严格要求。经常使用在duv(深紫外)或vuv(真空紫外)波长范围内工作的折射和反射折射成像系统。这些系统通常具有十个或更多透明光学元件。在反射折射系统中，透明光学元件与至少一个成像反射镜(如凹面镜)结合。还使用来自极紫外范围(euv)的电磁辐射，特别是工作波长在5nm和30nm之间的电磁辐射。来自极紫外范围的辐射(euv辐射)不能被折射光学元件聚焦或引导，因为短波长会被已知的在较高波长下透明的光学材料吸收。因此，反射镜系统(反射系统)被用于euv光刻。使用的掩模是反射掩模。在用于euv光刻的系统中，努力用尽可能少的反射元件来管理，例如用四个或六个反射镜。
5.由于其光学设计和生产，投射镜头必然表现出固有的成像像差。成像像差也可能在使用期间发生，例如在用户操作投射曝光系统期间。这种成像像差通常是由操作中使用的投射辐射导致的、包含在投射镜头中的光学元件的变化引起的。举例来说，所述投射辐射的某一部分可以被投射镜头中的光学元件吸收。投射辐射的吸收会导致光学元件发热，因此在光学元件中产生表面变形，而在折射元件的情况下，可通过热致机械应力直接或间接地引起折射率的变化。折射率的变化和表面变形又导致各个光学元件的成像特性的改变，
因此也导致整个投射镜头的成像特性的改变。该问题区域时常在关键词“镜头发热”下处理。
6.其他内部或外部扰动也会导致成像性能的恶化。这尤其包括掩模的可能的比例误差、周围环境中空气压力的变化、原始透镜调节位置和用户使用位置之间的重力场强度的差异、由于高能辐射(例如压缩)导致的材料变化而引起的光学元件的折射率变化和/或形状变化、由于固定装置中的弛豫过程而引起的变形、光学元件的漂移等等。
7.通常尝试至少部分地补偿在使用寿命期间出现的成像像差，特别是在操作期间出现的成像像差。
8.许多具有最高分辨率的最新的光刻曝光系统依赖于生产过程中的像差测量。像差测量的结果表明投射镜头光学性能的变化，这种变化可能是由例如热效应引起的。
9.成像像差水平可以在像场中的不同场点之间发生变化。因此，能够通过在分布在像场中的多个间隔开的测量点处获取测量数据来测量分别与成像质量或像差水平相关的投射辐射的至少一个属性的测量系统是优选的。
10.m.范
·
德
·
科克霍夫等人在《spie会议录-国际光学工程学会》(2004年5月，doi：10.1117/12.536331)发表的文章“duv光刻投射工具的全光学柱特征化(full optical column characterization of duv lithographic projection tools)”中公开了集成到高na arf光刻投射工具中的相位测量干涉仪硬件(ilias
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：扫描仪上的集成透镜干涉仪)，其可用于测量和控制临界性能。ilias
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系统的主要功能是以高精度和高速度测量和分析整个像场的波前像差。ilias
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测量的速度允许在全曝光狭缝上进行高密度像差采样。汇报了在像场中5
×
13个测量点的网格上进行的测量(参见图4和图5)，从而提供整个成像场上像差的综合概观，而总测量时间仍在一小时之内。还描述了一种快速模式，这种模式可以进一步减少测量时间，而不会显著降低可重复性。该快速模式在15秒内提供了总的全场测量(在缩小了的1
×
5个点的网格上)。
11.用于微光刻的高生产率投射曝光系统包括操作控制系统，该操作控制系统使得可以响应于环境影响和其他扰动来执行投射曝光系统的成像相关特性的精细优化。
12.操作控制系统通常包括至少一个操纵器，该操纵器操作地连接至投射曝光系统的光学元件，以修改投射曝光系统的成像特性。校正可基于由测量系统生成的测量结果。
13.操纵器(一个或多个)可用于至少部分地补偿成像像差。在本技术中，术语“操纵器”尤其表示光学机械装置，该光学机械装置被设计为根据操作控制系统的相应控制信号而主动作用于单个光学元件或光学元件组，以便改变其光学效果，特别是以至少部分补偿所发生的像差的方式来改变光学效果。术语“操纵器”还包括根据操作控制系统的相应控制信号作用在掩模或衬底上的装置，以便例如使掩模或衬底移动、倾斜和/或变形。操纵器可以被设计为例如用于使光学元件沿着或垂直于参考轴偏心、倾斜光学元件、局部或整体地加热或冷却光学元件、和/或用于使光学元件变形。
14.如前所述，在大多数情况下，成像像差水平在整个像场上是不均匀的。相反，成像像差水平可在像场中的不同场点之间发生变化。这种变化可以用场相关像差图案来描述。
15.成功的校正依赖于关于待校正的场相关像差图案的足够信息。然而，通过测量生成这种信息是昂贵的。测量操作应该在分布在像场中的多个间隔开的测量点处获取测量数据。位于测量点之间的场点的数据可以通过插值获得。
16.在测量点处执行的每个测量步骤都需要花费时间。如果测量系统能够在不同的测量点并行测量，那么可以并行测量的场点的数量通常是有限的。
17.在一些计量系统中，例如asmls ilias
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，需要暂停晶片曝光。相应地，测量的越多，能实现的吞吐量就越少。


技术实现要素：

18.本发明的一个目的是提供一种设置投射曝光系统的方法，该方法提高曝光衬底的产量，同时分别保持高水平的成像质量或足够低水平的成像像差。另一个目的是提供一种投射曝光方法和投射曝光系统，其能够在各种使用条件下以改进的吞吐量和高成像保真度执行投射曝光。
19.为了解决这些和其他问题，本发明提供了一种包括权利要求1的特征的设置投射曝光系统的方法。此外，本发明提供了一种包括权利要求13的特征的投射曝光方法和一种包括权利要求20的特征的投射曝光系统。
20.从属权利要求中指出了有利的发展。所有权利要求的措辞通过引用结合到说明书的内容中。
21.该解决方案的贡献是提供尽可能少进行测量的方法，以在足以控制系统操纵器的精度水平上获得场相关像差信息。
22.发明人认识到，在许多实际情况下，就所需的测量时间而言，测量点分布(在本技术中也称为计量模式)的个体选择可能优于现有技术的预定标准测量点分布。
23.在许多情况下，计量图案可以独立于单独的投射曝光系统(给定类型的所有系统的相同测量点分布)，因为光学设计对于给定类型的所有机器是相同的，并且各系统的预期用例及其相应的像差图案也差不多一样。另一方面，用于单独的投射镜头的材料可能因系统不同而略有不同。如将在实施例中示出的，仅该差异就可以激励对计量图案的个体选择。此外，特定投射曝光系统的预期用例可能因终端用户和/或不同产品的生产周期而异。本发明考虑了这种可变性，并允许确定定制的测量点分布。可以定义测量点的优化放置，对于单独的投射曝光系统，这在测量精度和由于测量一定数量的场点所需的时间而导致的吞吐量损失之间提供了最佳或至少非常好的折衷。
24.在本发明的一个构想中，该方法包括在测量点分布计算中确定测量点分布的步骤。
25.在本技术的上下文中，测量点分布定义了待在测量中使用的测量点的数量和位置。测量点也可以表示为测点，并且表示可以获取测量数据的点。换句话说：测量点是执行测量的空间中的点(非常小的区域)。
26.测量点分布计算在边界条件下进行。该边界条件至少代表以下内容：
27.(i)操作控制系统的操纵能力。操纵能力基本上描述了操作控制系统通过使用操纵器来改变像差量和分布的能力。
28.(ii)测量系统的测量能力。测量能力包括关于潜在测量点的数量和局部分布的信息，以确定像差量和分布。
29.(iii)预定义的用例场景。用例场景定义了代表性用例集。每个用例对应于由投射曝光系统在预定使用条件集下生成的特定的像差图案。
30.在一个实施例中，测量点分布计算包括以下步骤：对于所有操纵器和多个场点，计算在操纵器处定义的致动值变化和在每个场点处对像差的最终影响之间的关系。在本技术中，从该计算得到的数据可以用表示为“相关性矩阵a”的矩阵符号来表示。“相关性”的含义可以如下理解。操纵器包含一个或多个致动元件或致动器。可以根据操作控制系统的控制信号来改变或调整每个致动器的致动值。致动值变化可以包括例如致动器的移动，例如为了移动或倾斜投射镜头的光学元件，或者倾斜或移动承载图案的掩模和/或待曝光的衬底。致动值变化也可能涉及温度变化(热操纵器)或电压变化。改变操纵器的致动器的致动值通常会改变或更改光学系统的成像特性，因为操纵器作用在与辐射光束相互作用的元件上。
31.可以计算操纵器处致动值变化的影响。如上所述，在本技术中，操纵器处定义的致动值变化和对光刻像差的最终影响之间的关系用术语“相关性”来表示。这种关系也可以表示为“灵敏度”。为了量化对每个场点处像差的影响，可以相对于基函数系统分解像差图案(场点上像差的局部分布)，从而用基函数的系数来表示像差图案。对于光瞳函数或波前像差，泽尼克(zernike)多项式是基函数的典型示例。对于场坐标，通常使用勒让德(legendre)多项式等。所考虑的基函数的数量越多，量化某种像差的精度水平通常越高。在本技术中，所考虑的基函数的数量将由字符z表示。
32.每个操纵器提供一个或多个操纵自由度。例如，如果操纵器被设计为生成比如反射镜或透镜的光学元件的刚体运动，则操纵自由度的数量可以是六个(在x、y和z方向上的平移，绕x、y和z轴的旋转)。与系统中操纵器的数量相比，操纵自由度的总数通常很大。
33.当m是计算中考虑的所有操纵自由度的数量、f是执行计算的场点的数量时，相关性矩阵a将具有由乘积f*z提供的第一维度m和第二维度。已发现，计算相关性矩阵在描述操作控制系统的操作能力的上下文中非常有益。当操纵器设置发生变化时，某些场点可能特别适合于识别甚至微小变化的影响。这些场点更“敏感”，因为它们表现出比其他场点相对更强的相关性。相比之下，对于特定的致动值变化，其他场点可能或多或少是“失灵(“blind)”的。关于更敏感的和“失灵”的场点的信息包含在该相关性矩阵中。
34.根据一个实施例，测量点分布计算包括针对m个操纵自由度计算操作控制系统的m*个校正自由度的步骤，其中条件m*≤m成立。该计算步骤考虑了以下事实：在某些情况下，由某个操纵器处的致动值的某个变化引起的像差变化也可以由其他操纵器的两个或更多个致动变化的组合引起。因此，校正自由度的数量可能小于操作控制系统中实际可用的操纵自由度的数量。参数m*可以被描述为彼此线性独立的操纵自由度的数量。
35.举例来说，可以考虑在扫描仪系统的扫描方向上使掩模母版偏心一定的量的操纵器。这实际上相当于操纵器使晶片偏心一定的量，该量是通过光学系统(投射镜头)的比例因子缩放的。因此，任何一个操纵器对于系统的校正自由度来说都是多余的。
36.在优选实施例中，通过确定相关性矩阵a的秩(rank)来确定校正自由度的数量m*，使得条件m*＝rank(a)成立。可以以高精度和高速度执行该计算。
37.确定测量系统的测量能力的步骤包括：确定特定测量系统中可用的潜在测量点的数量和局部分布。该步骤考虑了例如由于测量系统的传感器布局而导致的可能的物理和/或结构限制。字符f在此用于表示预定义的场点集，这些场点可潜在地用于测量。实际上可用于测量的场点可能不是彼此无限靠近的，而是相互之间具有一定的最小距离。潜在测量点的局部分布f有时可以用规则的网格来描述，网格中相邻的测量点彼此等距离间隔开，例
如在相互垂直的方向上。
38.确定测量系统的测量能力的步骤可以包括：确定场点集f中可能的测量位置和可以同时测量的测量位置的最大数量f*。由于测量系统的(物理)限制，数量f*可能小于集f中潜在测量点的总数。测量点分布计算可以进一步包括以下步骤：定义减少的f个测量点，并且对于该数量的场点，识别出那些表现出操纵器处的致动值变化对像差水平的最大影响的场点。典型地，减少的数量f小于f*，其中f*是在测量步骤中实际可用作测量点的场点的数量。测量步骤可以包括在一次测量操作中同时或一个接一个(顺序地)在考虑的测量点处进行测量。减少的数量f≤f*是考虑到现有的相关性实际需要的场点的数量。当只有有限数量的测量点可用时，精简集中的场点可以包括放置测量点的最佳位置。该确定可以包括：用于确定相关性矩阵中的特征值最大的情况的计算。
39.可以在一个构想中描述本发明的一个方面，使得在测量点分布计算中应用的算法被设计为在给定的所考虑的边界条件集下保持f尽可能小。
40.测量点分布计算是在考虑了预定义的用例场景的边界条件下执行的。在一个实施例中，该步骤包括定义代表性用例集的步骤，其中每个用例对应于在预定义的使用条件集下生成的扰动；对于每个用例，确定代表性的像差模式；相对于基函数系统分解像差图案，使得像差图案由根据基函数的系数表示；以及对于所有操纵自由度，计算场点集f处的系数变化。
41.在大多数情况下，将基于投射曝光系统的开发阶段或设计期间(即在投射曝光系统交付给第一终端用户之前)所做的考虑来执行对预定义的用例场景集的定义。
42.在光刻投射曝光系统中使用的许多投射镜头的光学设计(即：光学系统的总体布局)呈现出若干种对称性，例如在操作中使用的光学元件相对于某些轴或平面的翻转对称性。术语“翻转对称”与“镜像对称”或“反射对称”同义。决定性能的光学设计可以通过数量、类型、表面形状(球面、具有或不具有旋转对称的非球面)、引导光的光学表面的位置、孔径尺寸和位置、掩模和衬底的位置、场形状和尺寸、预期的集光率等来描述。由于光学设计的对称性，可以预期的是，代表性测量点的位置也将反映这种对称性。例如，像场可以相对于镜像对称线呈现镜像对称。这种镜像对称通常存在于许多具有矩形像场或环形(弓形)像场的系统中，例如euv投射曝光系统中的典型系统。可以使用测量点的镜像对称放置。基本上，在y方向上有一条镜像对称线，这意味着如果测量点位于坐标(x，y)处，那么在(-x，y)处也将有一个相应的(镜像相关的)测量点。在扫描系统中，y方向可以表示扫描方向，而x方向垂直于像场中的扫描方向。
43.然而，更详细的分析表明，这种测量点的镜像对称布置不一定在所有情况下都是最好的。令人惊讶的是，在许多实施例中，存在相对于镜像对称线呈现镜像对称的像场，并且该方法包括确定相对于镜像对称线不对称的测量点分布。术语“非对称测量点分布”具体表示这样一种测量点分布：在(x，y)处至少有一个测量点，而在(-x，y)处没有对应的测量点。
44.在一些情况下，测量点分布中的测量点的图案可以细分成第一组测量点和第二组测量点，第一组测量点形成相对于镜像对称线对称的对称图案，第二组测量点包括一个或多个在镜像相关位置处不具有对应测量点的测量点。在一些实施例中，除了彼此对称的第一组测量点外，第二组中只有一个这样的测量位置。
45.鉴于投射曝光系统中操纵器的校正能力，非对称(不对称)测量点分布也可能是有利的，但通常这并不意味着操纵器本身的布局破坏了系统的对称性。然而，测量点的最佳分布可能是基于以下知识：投射曝光系统具有给定的校正对称集，例如关于y轴的翻转对称性。在这种情况下，有时在镜像对称线两侧的镜像相关测量点上进行测量可能是多余的。相反，在一个或多个不具有镜像相关测量点配对的测量点处进行测量可能是有利的，以便获得关于像差图案性质的附加信息。
46.应用不对称的测量点分布可以获得至少两个可能的优点。首先，对于成像特性不对称的系统，测量点的不对称分布可以比测量点的对称分布更好地捕捉变化。这可允许在变化最大的地方进行更多测量，从而提高测量数据的重要性。第二，对于成像特性严格对称的系统，测量点的不对称分布可以避免冗余，并且可以减少测量点的数量，从而增加吞吐量。
47.在一些实施例中，光学模拟提供了关于像场中那些位置的信息，在这些位置处，在特定的用例下，预期会出现像差绝对值的局部最大值。将测量点至少放置在基于模拟而预期具有像差绝对值的局部最大值的那些位置被认为是有用的。期望在使用光学系统时，无论何时像差水平升高，在这些关键位置的测量都在该过程中非常早地指示，从而可以在早期启动校正操作，由此确保整个像场上的总像差水平保持在给定阈值以下。
48.在一些情况下，在投射曝光系统的初始设置时执行测量点分布计算。典型地，在曝光系统被交付给第一终端用户之前，该计算将在原始制造商侧完成，例如在原始制造商的生产场所处。初始设置可能是足以在使用寿命期间获得良好性能的唯一设置。
49.替代地或附加地，当曝光系统在制造商处使用时，可以执行测量点分布计算。在使用寿命期间的初始设置之后，可以进行一次或多次测量点分布计算。可以根据投射曝光系统中待使用的下一个用例来进行测量点分布计算。在终端用户希望使用专有掩模结构和/或专有照明模式的情况下，这可能是特别有利的。
50.测量点分布计算可以提供最适合投射曝光系统布局和多个不同用例的单个测量点分布。
51.如有需要，可以提供包括多个不同测量点图案(不同测量点分布)的预定义集，其中终端用户可以在基于曝光系统将被使用的实际用例而选择的预先计算的图案之间进行选择。
52.一些实施例允许测量位置(测量点分布)动态地适应于终端用户站点上的生产期间的活动用例。相应的测量系统被配置为根据两个或更多个不同的测量点分布，在分布在像场中的多个间隔开的测量点处选择性地采集测量数据。可以在第一用例中选择适合于第一用例的特定条件的第一测量点分布，并且可以为提供不同于第一用例的条件的第二用例选择适合于第二用例的特定条件的第二测量点分布。
53.在一些实施例中，对测量点分布的两个或更多个或所有测量点并行执行测量。并行测量可以节省测量时间。也可以按顺序，即一个接一个地，在测量点分布的两个或更多个或所有测量点处采集测量数据。虽然这可能更费时，但数据处理可能比并行测量更容易，精度也更高。
54.在许多情况下，在两个或更多个不同的测量点分布之间进行选择和切换的能力可能是有用的。
55.例如，如果需要补偿热像差，x双极(x dipole)照明通常会在(x方向上)外部位置产生光学元件的热区域，与之相比，在y双极(y dipole)照明中，(也是在x方向上)这些热点位于更靠近中心的位置。因此，在x双极照明情况下的一些zernike波前像差的场相关性中，预期更高的值更靠近场边缘，而在y双极照明情况下，内部场区域将典型地呈现更大的zernike振幅。因此，在x双极照明情况下使用更靠近场边缘的测量位置可能是优选的，与之相比，在y双极照明的情况下，内部区域中的测量位置可能会产生最相关的信息。
56.镜头中的漂移效应可能是像差的另一来源，其可能短期出现也可能长期出现。典型的曝光系统在真空中工作，而通常在工厂的环境大气条件下进行维护。因此，维护后可能会出现短期漂移效应，因为一些材料会吸收空气中的湿气，并在被放回真空条件下时释放湿气。当进入的空气有时没有被完全调节时，可能会发生热效应。因此，在像差场变化时，几个小时甚至几天的短期漂移可能是可见的。
57.部件交换(component swap)可能是导致像差指纹(aberration finger prints)变化的另一个可能原因。为了最佳地校正这些短期影响，使测量位置适应于漂移或交换效应特别强的位置有时可能是有益的，因为漂移效应的幅度和速率以及交换后的镜头状态不是完全可预测的。在潜在漂移原因(例如光学元件处暴露的衬套或其他安装结构)和交换位置已知的情况下，可以模拟该处变化的光学效应，并且可以识别可能产生最佳结果的相关测量位置。
58.例如，在几个月或几年的时间里，由于扫描仪部件中的压缩、污染或其他局部退化，可能会出现长期漂移效应。它们更难预测，但是可以通过例如全场测量来识别。如果在某些场位置处的像差裕量随着时间的推移特别急剧地减小，则通过更频繁的测量来观察这些位置以保持系统符合规范可能是有益的。在校正方案中，这些位置可以被赋予较高的校正权重。
59.本发明还涉及一种以图案的至少一个图像来曝光辐射敏感衬底的投射曝光方法。该方法包括：在照明场中生成指向图案的照明辐射；使用包括多个光学元件的投射镜头，用投射辐射将位于照明场中的图案的一部分投射到衬底处的像场上；测量投射辐射的至少一个属性，该属性表示根据测量点分布在像场中分布的多个间隔开的测量点处的像差水平，该测量点分布定义了待在使用测量系统的测量中使用的测量点的数量和位置；以及通过操作控制系统，基于由测量系统生成的测量结果来修改投射曝光系统的成像属性，该操作控制系统包括至少一个操作地连接至投射曝光系统的光学元件的操纵器。因此，可以通过基于以像场中的空间分辨率执行的测量来设置适当的操纵器，从而优化曝光工艺的性能。
60.根据一种构想，该方法包括以下步骤：
61.在第一用例下，通过用根据第一照明设置的照明辐射照明第一图案来执行第一曝光；
62.将曝光系统从适用于第一用例的第一配置重新配置为适用于不同于第一用例的第二用例的第二配置；
63.在第二用例中，通过用根据第二照明设置的照明辐射照明第二图案来执行第二曝光；
64.对于第一用例和第二用例中的每一个，确定对应的第一测量点分布和第二测量点分布；
65.在根据第一测量点分布和第二测量点分布而分布的测量点处，对于第一和第二用例中的每一个，分别测量投射辐射的至少一个属性，以及
66.基于根据第一测量点分布和第二测量点分布而执行的测量，对于第一和第二用例，分别修改投射曝光系统的成像属性，
67.其中，在从第一用例变化到第二用例时，重新配置该测量系统，使得第二测量点分布不同于第一测量点分布。
68.根据该构想，当用户将曝光系统从第一用例中使用的第一配置重新配置为第二用例中使用的改变的(第二)配置时，测量点分布被修改。例如，提供第一图案的第一掩模可以用在第一用例中，而提供不同于第一图案的第二图案的另一掩模(第二掩模)用在第二用例中(掩模改变)。通常，由于图案不同，适当的照明设置也不同。可以从预先计算的不同的测量点分布的集合中选择最适合每个用例的测量点分布，或者可以基于曝光系统上设置的参数进行“新近”计算。
69.在许多情况下，像场相对于镜像对称线呈现镜像对称。在一些实施例中，第一和第二测量点分布中的至少一个相对于镜像对称线是不对称的。不对称的计量图案的潜在益处在本技术的其他地方有所描述。
70.不对称的测量点分布可能是有益的，与曝光系统是否在不同用例之间重新配置无关。
71.本发明还涉及一种投射曝光系统，用于以图案的至少一个图像来曝光辐射敏感衬底，该投射曝光系统包括：
72.照明系统，被配置为在照明场中生成指向图案的照明辐射；
73.投射镜头，包括多个光学元件，光学元件被配置为用投射辐射将位于照明场中的图案的一部分投射到衬底处的像场上，
74.测量系统，能够测量投射辐射的至少一个属性，该属性表示根据至少两个不同的测量点分布而分布在像场中的多个间隔开的测量点处的像差水平，测量点分布定义了测量中待使用的测量点的数量和位置；
75.操作控制系统，包括至少一个操纵器，该操纵器操作地连接至投射曝光系统的光学元件，以基于由测量系统生成的测量结果来修改投射曝光系统的成像特性；
76.测量点分布确定系统，被配置为确定测量点分布，该测量点分布定义了测量中待使用的特定于用例的测量点的数量和位置。
77.该确定可以基于从适合于特定用例场景的、不同的预先计算的测量点分布的预定义集中做出的选择。替代地，该确定可以包括在用例的边界条件下的计算。该测量系统能够按顺序测量不同的测量点，或者同时测量两个或更多个或所有的测量点，即：并行测量。
78.本发明的实施例可以与不同类型的投射曝光系统结合使用。投射曝光系统可以包括在duv(深紫外)或vuv(真空紫外)波长下工作的折射和反射折射成像系统。这些系统通常具有十个或更多透明光学元件。在反射折射系统中，透明光学元件与至少一个成像反射镜(如凹面镜)结合。替代地，可以使用适用于来自极紫外范围(euv)的电磁辐射的反射投射曝光系统，特别是具有在5nm至30nm范围内的工作波长的电磁辐射。
79.上述特征和其他特征不仅出现在权利要求中，还出现在说明书和附图中，其中各个特征在不同情况下都可以在本发明的实施例和其他领域中以子组合的形式由它们自身
或它们的多个来实现，并且可以构成有利的和固有可保护的实施例。本发明的示例性实施例在附图中示出，并在下面进行更详细的解释。
附图说明
80.图1a、1b、1c示出了根据一个实施例的euv微光刻投射曝光系统的部件；
81.图2示出了包括系统地计算测量点分布的例程的实施例中的步骤的流程图；
82.图3示意性地示出了用于曝光密集垂直线的照明辐射的叶形x双极强度分布；
83.图4示出了布置在对应于图3的照明设置的中间位置处的镜面上的辐射分布；
84.图5示出了根据图4的照明强度分布的理想化横切面以及反射镜上的对应温度分布；
85.图6示出了根据如图5所示的温度分布的第一坯件中的过零温度(zero crossing temperature)的示例性变化和相应变形；
86.图7示出了根据如图5所示的温度分布的第二坯件中的过零温度的示例性变化和相应变形；
87.图8示出了不对称的测量点分布的示例，包括相对于镜像对称线对称分布的一些测量点和不对称放置的单个测量点；
88.图9a、9b和9c示出了测量点分布的不同示例；
89.图10和图11示出了测量点的局部分布如何用于说明材料坯件中不均匀性的特定分布的不同示例；
90.图12a和12b示出了测量点的局部分布如何适应像场中目标像差的局部极值的预期位置的不同示例；
91.图13a和13b示出了能够提供可变的测量点分布的测量系统的物侧和像侧单元的示例。
具体实施方式
92.在下文中，将使用euv微光刻投射曝光系统作为示例来描述本技术中公开的发明及其实施例的各个概念和方面。技术人员将认识到这些示例不是限制性的。例如，这些概念也可以结合工作在其他波长范围的系统使用，例如duv系统。
93.图1a和1b示出了euv微光刻投射曝光系统wsc的各个部件，该系统用于以反射掩模m的图案的至少一个图像来曝光布置在投射镜头po的像平面is的区域中的辐射敏感衬底w，所述图案布置在投射镜头的物平面os的区域中。
94.投射曝光系统利用初级辐射源rs的辐射来操作。照明系统ill用于接收初级辐射源的辐射，并用于对被引导到图案pat上的照明辐射进行整形。投射镜头po用于将图案的结构成像到光敏衬底w上。
95.初级辐射源rs尤其可以是激光等离子体源或气体放电源或基于同步加速器的辐射源。这种辐射源生成极紫外范围(euv范围)的辐射rad，特别是具有5nm和15nm之间的波长。为了使照明系统和投射镜头能够在这个波长范围内工作，它们由反射euv辐射的部件构成。
96.从辐射源rs射出的辐射rad被集光器c收集，并被引导到照明系统ill中。照明系统
包括混合单元mix、望远镜光学单元to和场形成镜ffm，混合单元mix包括场分面镜fac1和光瞳分面镜fac2。照明系统对辐射进行整形，从而照明位于投射镜头po的物平面os中或其附近的照明场。在这种情况下，照明场的形状和尺寸决定了物平面os中有效使用的物场of的形状和尺寸(参见图1c)。照明场通常是具有宽度(x方向)和高度(y方向)之间的高宽比的狭槽的形状。
97.在系统操作期间，反射掩模m布置在物平面os中。在此，投射镜头po具有六个反射镜m1至m6，并且以缩小的比例将掩模的图案成像或投射到像平面中，待曝光的衬底(例如半导体晶片)布置在所述像平面中。
98.场分面镜fac1处的空间(局部)照明强度分布决定了物场of中的局部照明强度分布。光瞳分面镜fac2处的空间(局部)照明强度分布决定了物场of中的照明角度强度分布。
99.用于保持和操纵掩模m(掩模母版)的单元rst被布置为使得布置在掩模上的图案pat位于投射镜头po的物平面os中，所述物平面在这里也被称为掩模母版平面。借助于扫描驱动器scm，该掩模可以在该平面内沿垂直于投射镜头的参考轴ax(z方向)的扫描方向(y方向)移动，用于扫描仪的操作。
100.待曝光的衬底w由包括扫描驱动器scw的单元wst保持，以使得衬底在扫描方向(y方向)上垂直于参考轴ax与掩模m同步移动。根据投射镜头po的设计，掩模和衬底的这些运动可以彼此平行或反平行地进行。
101.也被称为“晶片台”的单元wst和也被称为“掩模母版台”的单元rst是由扫描控制单元控制的扫描仪单元的一部分，在该实施例的情况下，该扫描控制单元被集成到投射曝光系统的中央控制单元cu中。数据存储器ds与控制单元相关联。
102.图1c示意性地示出了该实施例中物场of和相应像场if的弧形形状。像场if的尺寸小于物场的尺寸，并且通过投射镜头提供的缩小比(reduction ratio)与物场of的尺寸相关。物场of和像场if具有相对于投射镜头固有的镜像对称线lms镜像对称的形状。该镜像对称线平行于y方向延伸，y方向对应于操作中使用的扫描方向。
103.投射曝光系统wsc的所有光学部件都容纳在可抽真空的外壳h中。
104.例如从wo 2009/100856 a1、wo 2010/049020 a1或wo 2015/049319a1中已知具有类似基本构造的euv投射曝光系统，其公开内容通过引用并入本说明书的内容中。
105.其他实施例可以具有不同的布局。例如，投射镜头可以具有六个以上的反射镜，例如八个反射镜或十个反射镜或更多。缩小比不必是各向同性的(即，在场的所有方向上都相同)。相反，投射镜头可以具有变形设计，使得扫描方向和交叉扫描方向之间的缩小比不同。
106.投射曝光系统配备有测量系统ms，在该实施例中，该测量系统被设计为对投射辐射的波前进行测量，该投射辐射在投射镜头中从掩模传递到待曝光的衬底。可对图像表面水平上的多个场点进行空间分辨测量。举例来说，可以提供us 7,333,216 a1或us 6,650,399 a1所述类型的波前测量系统，其在这方面的公开内容通过引用并入本说明书的内容中。测量系统ms是用于固有数据采集的系统的功能部件。该系统包括用于固有数据采集的单元ida，一个或多个测量和采集单元可以连接至该单元。除了波前测量系统，可以提供用于固有数据采集的其他系统，例如在wo 2015/049319 a1中公开的那些。
107.投射曝光系统包括操作控制系统，该操作控制系统包括多个操纵器，每个操纵器操作地连接至投射曝光系统的光学元件(或布置在光路中的另一元件)，以基于测量系统生
成的测量结果来修改投射曝光系统的成像特性。操纵器使得可以基于控制单元cu的控制信号、以限定的方式修改(即改变)投射镜头的成像特性。在这种情况下，术语“操纵器”尤其表示光学机械单元，其被设计用于基于相应的控制信号、主动作用于单独的光学元件或光学元件组，以便改变其光学效果。在该实施例中，操纵器被设置为使得能够以有针对性的方式减小已经基于测量确定的成像像差。操纵器可以被设计为例如用于使光学元件沿着参考轴或垂直于参考轴偏心，或者用于倾斜光学元件。在这种情况下，操纵器引起光学元件的刚体运动。例如，这种操纵器可以具有六个操纵自由度。还可以借助热操纵器局部或整体地加热或冷却光学元件，和/或，引入光学元件的变形。为此，操纵器包含一个或多个致动元件或致动器，可以基于控制系统的控制信号来改变或调整其当前的致动值。也可以提供操纵器来操纵掩模和/或衬底。例如，操纵器可以被配置为使掩模和/或衬底移动、倾斜和/或变形。
108.在工作在duv波长范围的实施例中，可以使用其他和/或附加的操纵器，例如由(激光)光源提供的工作波长和/或填充光学元件之间空隙的气体的成分和/或压力。
109.图1b通过示例示出了操纵器man1至man6的系统，它们被分配给投射镜头po的反射镜m1至m6，并且分别连接至控制单元cu。每个操纵器man1至man6允许相关反射镜的刚体运动，也就是说特别是倾斜、平行于参考轴ax的位移和/或垂直于参考轴ax的位移。与第二反射镜m2相关联的第二操纵器man2(光学上靠近光瞳)是变形操纵器，其具有多个可独立驱动的致动器，这些致动器允许第二反射镜的反射镜表面的一维或二维变形。这可能涉及例如热操纵器(通过不均匀加热使反射镜变形)或机械操纵器(通过机械驱动使反射镜变形)。
110.在该实施例中，操纵系统还包括被配置为操纵掩模m的掩模操纵器manm和被配置为操纵衬底w的衬底操纵器manw。
111.用于固有数据采集的系统可以包括传感器(例如传感器mwbk1、mwbk2等)，用于监测受到操纵的反射镜的状态，以便允许操纵的反馈控制。
112.在下文中，提供了设置和操作投射曝光系统的方法的优选实施例的描述。这些方法考虑到，通常，成像像差的水平在整个像场if上是不均匀的。相反，成像像差水平可以在像场中的不同场点之间变化。这种变化可以用场相关像差图案来描述。成功的校正依赖于与待校正的场相关像差图案有关的足够信息。目标是在合理的时间内收集关于场相关像差图案的足够信息。换句话说，应该减少用于测量的辅助处理时间，以提高曝光系统的吞吐量(生产性使用)。
113.接下来，描述系统地计算测量点分布的优选例程。图2示出了各步骤的示例性流程图。测量点分布计算(mpdc)在边界条件下执行，该边界条件至少表示：(i)操作控制系统的操纵能力(例如，由自由度及其相关性来表示)；(ii)测量能力(例如，由测量系统的潜在测量点的数量和局部分布来表示)；以及(iii)预定义的用例场景，其定义了代表性用例集。每个用例对应于由投射曝光系统在预定义的使用条件集下生成的特定像差图案。本例中使用了以下符号：
114.m：操纵自由度的数量
115.f：给定的场点集
116.a：相关性矩阵。术语“相关性”描述了在操纵器处定义的致动值变化和对成像质量或光刻像差的最终影响之间的关系。相关性可以包含在矩阵中，该矩阵包括对于所有操纵器m在给定的场点集f处zernike系数的变化。
117.m*：校正自由度的数量，通常m*《m。m*可由相关性矩阵a计算：m*＝rank(a)。m*可以被描述为彼此线性独立的操纵器的数量。
118.f*：可同时用作测量点的场点的最大数量(根据实际使用的测量系统的限制)
119.f：用于计算的测量点(测量位置)数量的变量。
120.a_f:简化的相关性矩阵
121.m：根据简化的相关性矩阵的校正自由度的数量
122.计算的第一步骤s1包括计算光学系统中所有操纵自由度(m)在给定的场点集f处的zernike系数的变化。这些相关性在本技术中也被称为“相关性”。术语“相关性”描述了在操纵器处定义的致动值变化和对光刻像差的最终影响之间的关系。各种相关性可以用由字母a表示的相关性矩阵来表示。
123.在第二步骤s2中，计算系统的校正自由度的数量m*。通常，条件m*《m成立。该计算步骤考虑了以下事实：由某个操纵器处的致动值的给定变化引起的某个像差变化也可以通过组合地改变两个或更多个其它操纵器的致动值来实现。因此，该步骤能够减少冗余。参数m*由此表示彼此线性独立的操纵自由度的数量。当在相关性矩阵a中表示上述相关性(步骤s1)时，可以通过计算矩阵a的秩来简单地计算校正自由度的数量m*，即m*＝rank(a)。
124.第三步骤s3考虑到投射曝光系统中可用的测量系统给出的边界条件。换句话说，考虑到了计量系统的物理和功能限制。在步骤s3中，考虑了场点集f中可能的测量位置，并且考虑了计量系统的限制来确定测量位置的最大数量f*。典型地，数字f*小于给定的场点集f中的场点数。
125.这些步骤s1、s2和s3对于量化所考虑的投射曝光系统中可用的“硬件”是有用的。这些步骤不必以给定的顺序执行，例如，步骤s3可以与步骤s2同时进行或者在步骤s2之前进行。
126.现在基于这些预备计算步骤执行接下来的步骤。接下来的计算步骤有助于在投射曝光系统施加的边界条件下并考虑到其他边界条件、找到测量点的最佳局部分布。
127.在第四步骤s4中，测量位置的当前数量f被设置为是可能的测量位置的最小数量。在该示例中，f:＝1用作起始数。
128.在第五步骤s5中，确定正好f个测量点的最佳位置pos(f)。优选地，那些测量点被识别为是对于给定操纵器具有最大zernike系数变化的那f个场点。实际上，在基于矩阵的计算中，那些场点可以被识别为是具有最大特征值的那些场点。根据发明人的经验，f个测量点的最终局部分布在某些情况下可能是对称的，而在其他情况下可能是不对称的。
129.在第六步骤s6中，对于由简化的相关性矩阵a_f表示的系统，计算m个校正自由度。简化的相关性矩阵a_f是这样的相关性矩阵，其中对于光学系统中的所有操纵器，仅包括最佳的f个位置处的zernike系数的变化。
130.在第七步骤s7中，计算确定刚刚计算出的校正自由度的数量m是否对应于在第二步骤s2中计算的校正自由度的数量m*。如果m＝m*，可以停止计算。在这种情况下，在步骤s6中计算出的测量点分布mpd可以用作在先前步骤中考虑的边界条件下提供最佳折衷的测量点分布。
131.如果第七步骤s7确定条件m≠m*成立，则计算程序进行到第八步骤s8。在第八步骤s8中，考虑进一步的边界条件。第八步骤s8包括定义了代表性用例集的预定义用例场景ucs
的表示，其中每个用例对应于由投射曝光系统在预定义的使用条件集下生成的特定像差图案。在第八步骤s8中，对于准备步骤中考虑的所有代表性用例，计算所确定的测量点的像差水平。如果在该计算步骤中考虑的所有预定义用例场景的总体像差水平是可接受的(即，在规范内)，则可以终止计算，并且可以使用在第七步骤s7中确定的测量点(或测量点分布mpd)。
132.如果在第八步骤s8中确定像差水平不在计算出的测量点分布的规范内，则这可以被视为是当前数量的测量位置的起始数(每个计算周期中的数量f)可能不足以达到规范的指示。在这种情况下，对测量位置的当前数量(f)增加一预定的增量，通常为1，因此条件f:＝f+1成立。基于新的f值，从第五步骤s5开始重复计算周期。
133.重复计算周期，直到第八步骤s8指示像差水平对于当前数量的测量位置是可接受的。
134.如果第八步骤s8确定达到条件f＝f*，则计算停止。然后应重新评估边界条件，以修改可能的测量位置和/或测量位置的可用最大数量和/或计算中考虑的操纵器集。
135.鉴于以下解释，也可以理解本发明及其优选实施例所解决的一些问题。
136.在另一构想中，该方法包括：确定测量操作中主动使用的测量点的适当局部分布(即，测量点分布)，使得可以在短时间内获得关于像差的足够精确的信息。该方法允许确定专用于单独的投射曝光系统的测量点的布局或“计量模式”以及预期的使用条件集。在本技术中，计量图案也表示为“测量点分布”。
137.为了找到这种最佳的测量点分布，考虑了所考虑的用例的可能的像差图案，并相对于基函数的(有限的或完整的)系统进行分解。对于光瞳函数或波前，zernike多项式是一个典型的示例。对于场坐标，通常可以使用勒让德多项式等。
138.根据出现的概率、它们对光学成像的影响或其他因素对这些图案进行排序可能是有益的。排序的步骤可以包括：按照特征值排序。
139.然后选择测量位置，使得可以通过测量值来区分尽可能多的相关图案。因此，可以通过像差图案的排序来确定测量点分布(计量网格)。
140.在许多情况下，测量点分布(计量网格)将独立于单独的投射曝光系统，因为光学设计对于某一类型的所有机器是相同的。此外，在许多情况下，与像差图案相关的预期用例在各系统之间也可能是相似的。另一方面，用于制造各个投射镜头部件的材料可能不同。如下所示，即使这样的差异也能激发对计量图案的个人选择。
141.考虑通常包括多个反射镜的euv投射镜头，这些反射镜具有由低膨胀玻璃(如或)制成的衬底。这种材料可以用称为过零温度zct的参数来表征，过零温度是热膨胀系数恰好为零的温度。在实体镜坯(即：制造反射镜衬底的块状材料)中，过零温度将是位置的函数：zct＝zct(x，y)。相对变形δl/l由下式给出：
[0142][0143]
其中，δl0/l是负常数。t＝zct的相应变形偏移通常例如在生产过程中至少部分被消除。在下文中，我们通过假设以下示例性公式对其进行考虑：
[0144][0145]
为了说明的目的，假设第一坯件中的过零温度根据下式变化：zct1(x,y)＝zct
0-α(x+b/2),，zct0和α是常数(α》0)。参数b是x方向上的场宽度。
[0146]
进一步假设由该特定坯件制成的反射镜位于光路中，光学上靠近系统中间平面(光学上位于场平面(物面、像面或中间像面)和光瞳平面之间的某处，其特征在于相应的子孔径比)，并且由叶形x双极(图3)照明的密集垂直线的图案被曝光。图4示出了根据图3的照明设置在中间位置处的反射镜上的相应照射分布的示例。
[0147]
反射镜上具有一些适度设计失真的照明图案将被视为局部强度分布，其导致吸收，进而导致温度升高t(-b/2,0)＝t(+b/2,0)＝zct0+δt，主要是在较暗的中心区域(现在将图3解释为镜面)。在镜面的左手侧，以下条件成立：
[0148]
zct1(-b/2,0)＝zct0。
[0149]
因此，将出现相对较小的变形d(-b/2,0)，因为材料在过零温度处或其附近对加热非常不敏感。然而，在镜面的右手侧，以下条件成立：
[0150]
zct1(+b/2,0)＝zct0+αb，
[0151]
很明显，与局部过零温度的差异大于由乘积αb定义的量。这将转化为右手侧更大的变形d(+b/2,0)。因此，该表面将发生倾斜(以及对像差的更大贡献)。
[0152]
对于不同于上述第一坯件的第二坯件，假设以下条件成立：
[0153]
zct1(x,y)＝zct
0-α’(x+b/2)2，
[0154]
且具有不同的常数α’≠α。此时，镜面左手侧和右手侧的温度变化将导致大致相同的变形。基本上没有观察到倾斜，但是有明显的表面曲率。
[0155]
图5、图6和图7使用在x轴和y轴上以任意单位au表示的位置pos的图表进一步说明了这种情况。图5示出了根据图4的照明强度int的理想化横切面以及相应的温度分布td。图6示出了根据如图5所示的温度分布的第一坯件的示例性zct变化zct1和相应的变形def1。图7示出了根据如图5所示的温度分布的第二坯件的示例性zct变化zct2和相应的变形def2。这些图示出了简化真实情况的数值实验的结果，仅用于说明的目的。
[0156]
为了更好地理解这种效应，应该记住，对于t＝zct，相对变形并不会消失，其中抛物线具有顶点，但位于两个不同的温度点处。
[0157]
由于该示例的反射镜位于投射镜头的中间位置，位置相关的变形将导致场相关的波前畸变，该畸变例如在波前rms的意义上定性地遵循所示出的变形变化。
[0158]
这意味着，对于相同的用例(掩模上相同的图案，相同的照明设置)，对于具有第一坯件的系统，根据图6，预期最强的热像差效应在场的半侧，从离场中心不远的地方开始。相比之下，对于根据图7的第二坯件，场的两侧都以类似的方式受到影响，但是仅在最外面的区域。
[0159]
理想情况下，如果这是系统中的唯一影响，则最好将大多数测量点分别放在受影响的那半侧场中或靠近场的两个边缘。
[0160]
实际上，应该考虑多个反射镜的叠置以及不同用例的集合。然而，单独的镜坯的材料特性通常被测量或建模，因此从一开始就是已知的，并且可以识别相关的用例。基于模拟
和/或校准测量(基于示例性用例)，可以定义测量位置的优化放置，对于单独的系统，其提供了测量精度与由于测量一定数量的场点所需的时间而导致的吞吐量损失之间的最佳折衷。
[0161]
示例性光学系统呈现出关于像场中心线的镜像对称。测量点分布可以具有相同的镜像对称性。术语“镜像对称”描述了这样一种情况：如果测量点位于坐标(x，y)处，那么在(-x，y)处也将有一个(镜像相关的)测量点。这里y表示扫描方向，x方向在场平面中垂直于它(在像侧，基本上垂直于主光线)。
[0162]
然而，更详细的分析表明，测量点(测量网格)的这种布置不一定在所有情况下都是最佳的。图8提供了一些测量点实际上对称放置的示例。然而，单个点被故意放置成不对称的。
[0163]
在该示例中，测量点分布中的测量点图案可以细分为第一组第一测量点mp1和第二组，第一组第一测量点mp1形成相对于镜像对称线lms对称的对称图案，第二组包括一个或多个第二测量点mp2，第二测量点在镜像相关位置处没有对应的测量点。在该示例中，除了彼此对称的第一组的第一测量点mp1外，在第二组中仅有一个这样的第二测量位置mp2。
[0164]
可以根据与之相关的操纵自由度的数量来区分和选择测量点分布。例如，对于第一测量点分布，在这些场点上测量的两个不同操纵器动作的像差效果可能看起来是相同的。在这种情况下，这两个操纵器自由度有效地仅向系统校正提供一个自由度，因为无论是第一操纵器还是第二操纵器被致动，从第一测量点分布看到的像差图案都没有差别。另一方面，对于第二测量点分布，在这些不同位置上测量的相同的两个操纵器动作的像差效果可能彼此不同。因此，基于在第二测量点分布上测量的信息，此时两个独立的校正自由度可以用于系统校正。在大多数情况下，更多的自由度能够实现更好的校正潜力，这将使第二测量点分布成为这种情况下的首选。
[0165]
在下文中，提供了进一步的解释，解释了为什么使测量点分布适应特定用例在许多情况下是有益的。图9a、9b和9c示意性地示出了具有弓形形状的像场if。该像场相对于投射镜头固有的镜像对称线lms呈现镜像对称。镜像对称线lms平行于y方向延伸，y方向对应于操作中使用的扫描方向(比较图1c)。每个圆圈代表测量系统的一测量点。测量点分布相对于镜像对称线lms是镜像对称的，因为对于坐标x，y处的每个测量点，在坐标-x，y处都有对应的测量点。相邻测量点之间在x方向上的距离相等。
[0166]
图9b示出了与图9a的参考分布相比具有减少数量的测量点的测量点分布的第一示例。该测量点分布包括五个而不是九个测量点。该测量点分布相对于镜像对称线lms是不对称的，因为对于距镜像对称线lms的每个距离，只有一个测量点(而不是图9a的分布中另一侧的两个测量点)。考虑到光学系统的镜像对称性，图9b中非对称的测量点分布将为相对于镜像对称线lms基本上镜像对称的每个成像特性产生相同的信息，因为对于距镜像对称线lms的每个绝对距离，图9b中减少的测量点分布在距镜像对称线lms相同距离处仍然包括相同数量的测量点。在一个接一个地(即，按顺序)测量测量点的情况下，测量点数量的减少将减少总测量时间。因此，可以获得更高的吞吐量。
[0167]
图9c中的测量点分布具有与图9b的示例中相同数量的测量点。然而，具体的测量位置相对于图9b是变化的。为了进行比较，图9b中的测量位置在图9c中用黑色圆圈表示。
[0168]
如上所述，单独优化的测量点分布在许多情况下可能是有益的，包括用于光学系
统中的光学元件的材料不理想的情况。实际上，每个透镜坯件或反射镜坯件都将具有特定的不均匀分布，这可能影响整个光学系统的性能。在下文中，质量相对低于周围区域的局部区域被表示为“临界区域(critical areas)”。在图10和11中，左边的局部图分别示出了具有两个由椭圆标记表示的临界区域ca1、ca2的材料坯件mbl。例如，临界区域呈现出的过零温度(zct)可与构成大部分坯件的周围材料的过零温度不同。在图10和图11中每一幅图中，该图的右手部分示出了相应的弓形像场if，其包括多个测量点mp(圆圈)和成像特性受材料坯件中的临界区域影响最大的那些区域。在图10和图11的每种情况下，选择测量位置，使得至少一个测量位置能够直接测量受临界区域强烈影响的那些特性。在某些使用条件下，例如在辐射加热下，这些临界区域可能导致特别高的波前像差，其应该使用操纵器来补偿。
[0169]
局部图之间的箭头示出了实际材料中临界区域ca1、ca2的位置与那些预期具有相对较高像差水平的场点相关。将测量点mp1、mp2放置在这些位置是特别有用的，因为预期在操作期间，这些测量位置将非常早地指示可测量的信号，甚至在其他不太临界的区域在辐射的影响下引起可察觉的波前恶化之前。换句话说：发明人发现将测量点放置在场中预期具有像差水平绝对值的局部最大值的那些位置是有益的。如果在组装光学系统之前确定了所用材料中临界区域的位置，则可以计算出放置测量点的最佳位置。
[0170]
因此，对于待组装的每个具体光学系统，确定哪种材料坯件将用于哪种光学元件被认为是有用的。然后，用合适的材料测量方法来确定这些坯件上临界区域的位置和分布。基于这些数据，光学模拟可以提供关于像场中在那些临界区域引起波前像差时预期会出现像差的局部最大值的位置的信息。将测量点至少放置在基于模拟预期的具有像差绝对值的局部最大值的那些位置被认为是有用的。按照此例程，在使用光学系统时，这些临界位置处的测量可以在过程中非常早地指示像差水平何时上升，从而可以在早期启动校正操作，由此确保整个像场上的总像差水平保持在给定阈值以下。
[0171]
在下文中，结合图12a和12b解释了该方法，并使用特定像差作为示例说明了该概念。在图12a和12b中的每一幅图中，x轴表示像场中的x位置，像场的中心(在对称线lms上)在中间位于零点。y轴表示分别由相应的zernike值z4和z13表示的选定像差的幅度。导致图12a和12b中所示结果的计算对应于由使用不同照明设置(环形或双极)和掩模上的不同图案引起的光学系统上的不同热负荷。在光学系统中引起的热负荷基本上受到由选定照明设置下的特定图案引起的衍射角光谱的影响。每幅图中的不同曲线对应于不同的用例，以不同的照明设置和不同的结构为特征。
[0172]
平行于y轴的垂直线表示可以放置测量点的示例性场位置。例如，在图12a中，测量点mp1对于监测由曲线c1表示的像差最有用，因为该像差的局部最大值将出现在该测量位置附近。类似地，测量点mp2将最有助于指示由曲线c2代表的像差所支配的非常早期的像差，因为该曲线在第二测量点mp2的位置处具有局部最大值。
[0173]
同样，图12b中的测量位置mp1对于监测由曲线c1表示的像差的累积最有用，而测量位置mp2对于监测由曲线c2表示的像差所支配的像差最有用，因为该像差的局部最小值出现在mp2。
[0174]
应当理解，在适当选择的测量点处执行的测量将产生对目标像差的最佳了解，并且一旦临界像差随着时间的推移而增大，就允许早期补偿。这就是为什么建议为每个用例单独选择测量点分布，以便能够在预期具有临界像差绝对值的局部最大值的那些点处或附
近进行测量。这些位置可以通过预先模拟和/或校准来接近(accessible)。在示例性过程中，在一个步骤中确定在曝光系统中实际执行哪个用例。如果已经预先计算了选定数量的典型用例的最佳测量点分布，则可以从查找表等中获取适当的测量点分布。基于查找表，选择测量点分布，并且仅在测量点分布的测量点上执行测量。如果配置了另一用例，则可以通过使用最适合新用例的另一测量点分布来执行动态校正。
[0175]
现在结合图13a、13b和13c描述能够在本发明的实施例中使用的测量系统的实施例。图13c示出了具有物表面os的投射物镜po，并且像表面is与物表面光学共轭。图13a示意性地示出了待放置在物表面中的测量系统的部件。图13b示意性地示出了为执行测量而待放置在像表面中的测量系统的部件。
[0176]
测量系统被配置为在分布在像场中的多个间隔开的测量点处测量投射辐射的波前。可以根据测量需要，可变地选择和设置(或调整)测量点的各个位置。测量系统是多通道剪切干涉仪，其能够并行测量多个场点处的波前。在该实施例中，不同通道的数量是五个，但是可以更少或更多。
[0177]
每个测量通道包括第一结构载体sc1，其承载待布置在物表面中的第一测量结构ms1。例如，第一测量结构可以是二维光栅。为每个第一结构载体提供第一框架f1，以将结构载体保持就位。每个第一结构载体可以基于控制单元的控制信号、通过致动器ac、在两个相互垂直的方向上相对于第一框架移动。该运动可以由承载第一结构载体sc1的轨道结构引导。致动器可以包括压电元件。第一框架f1被保持在第一公共框架cf1中，使得第一框架被放置在平行于x方向的单个直排中。
[0178]
在投射物镜的像侧，为每个测量通道定位第二结构载体sc2。每个第二结构载体承载待放置在像表面is中进行测量的第二测量结构ms2。第二测量结构可以被配置为衍射光栅。替代地，第二测量结构可以被配置为二维针孔阵列。每个第二结构载体sc2被保持在第二框架f2中。
[0179]
每个第二结构载体sc2是检测器单元du的一部分，该检测器单元du包括第二结构载体sc2和检测器，该检测器被配置为以空间分辨率检测当受第一测量结构ms1影响的投射辐射已经通过投射物镜po和第二测量结构ms2时产生的干涉图案。检测器单元可以包括ccd芯片或类似部件，其具有二维延伸的敏感区域以及布置在第二结构载体sc2与敏感区域之间的光学系统。未示出用于评估入射到敏感区域上的图案的评估装置。
[0180]
提供致动器ac，例如压电致动器，以基于控制单元的控制信号在平行于像表面的相互正交的方向上移动该检测器单元。该运动可以由承载该检测器单元的轨道结构引导。第二框架f2被保持在第二公共框架cf2中，使得第二框架被布置成平行于x方向的单个直排。
[0181]
在为新的用例设置曝光系统时，计算或从预先计算的查找表中获取在像场中放置测量点的最佳位置。
[0182]
然后，第一结构载体sc1被单独移动到它们期望的测量位置，该测量位置与像场中的测量位置光学共轭。该运动由压电致动器ac引起。类似地，使用用于横向移动的压电致动器，将包括相应的第二测量结构ms2的每个检测器单元du移动到像场中的期望测量位置。换句话说：测量通道的每个检测器单元被定位在与像表面中相应的第一结构载体光学共轭的位置，从而可以在相应的测量通道中为这个特定的所选场点测量波前。
[0183]
在替代实施例(未示出)中，只有待放置在像表面中的检测器单元被配置为可在两个正交方向上移动，使得它们可以被放置在期望的测量位置。在物平面中，以足够高的空间密度放置大量单独的第一结构载体，使得对于像场中的每个潜在测量位置，存在相对靠近光学共轭物点的第一结构载体。然后利用最近的第一结构载体进行测量，同时检测器单元位于靠近像场中光学共轭场点的测量位置。
[0184]
可以在曝光系统的工作波长(本例中为euv辐射)下进行测量。替代地或附加地，可以使用其他波长。
[0185]
本公开的方法和系统可以用于工作在duv光谱范围内的反射折射系统或折射系统。典型地，在这种情况下，像场可以是矩形的或者弓形的。可以使用类似的测量点分布和计算。特定于某些用例的特有像差图案可能是由辐射负载(“透镜加热”)下透镜的折射率变化和表面变形引起或支配的。例如，在申请人的申请wo 2018/219870 a1、wo 2014/139719 a1、de 10 2016 205618a1、us 2020/0081350 a1或ep 2 219 077 a1中公开了包括波前操纵系统的曝光系统的示例，该波前操纵系统用于动态地影响从物平面传播到像平面的投射辐射的波前。这些专利申请中关于曝光设备和波前操纵系统的布局的公开内容在此引入作为参考。

技术特征：
1.一种设置投射曝光系统的方法，所述投射曝光系统用于以图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底，所述投射曝光系统包括：照明系统(ill)，被配置为在照明场中生成被引导到所述图案上的照明辐射(ilr)；投射镜头(po)，包括多个光学元件，所述光学元件被配置为用投射辐射将位于所述照明场中的所述图案的一部分投射到所述衬底处的像场上，测量系统(ms)，能够测量所述投射辐射的至少一个属性，所述属性代表分布在所述像场中的多个间隔开的测量点处的像差水平；操作控制系统，包括至少一个操纵器，所述操纵器操作地连接至所述投射曝光系统的光学元件，以基于由所述测量系统生成的测量结果来修改所述投射曝光系统的成像特性；所述方法包括：在测量点分布计算(mpdc)中确定测量点分布，所述测量点分布定义待在测量中使用的测量点的数量和位置，所述测量点分布计算(mpdc)在边界条件下执行，所述边界条件至少代表：(i)所述操作控制系统的操纵能力；(ii)所述测量系统的测量能力；以及(iii)预定义的用例场景，其定义了代表性用例集，其中每个用例对应于由所述投射曝光系统在预定义的使用条件集下生成的特定像差图案。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：对于所有操纵器和可用于获取测量数据的多个场点，计算相关性值，所述相关性值代表操纵器处定义的致动值变化和对每个所述场点处像差的最终影响之间的关系。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：对于m个操纵器，计算所述操作控制系统的m*个校正自由度，其中m*≤m。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述相关性值在相关性矩阵a中表示，并且所述操作控制系统的校正自由度的数量m*被确定为m*＝rank(a)。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：根据所述测量系统的限制，确定场点集中的可能测量位置和测量位置的最大数量f*。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：定义数量减少的f个测量点，并且对于该数量的场点，识别出那些表现出操纵器处的致动值变化对像差水平的最大影响的场点。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：定义代表性用例集，其中每个用例对应于在预定义的使用条件集下生成的扰动，确定每个用例的代表性像差图案；相对于基函数系统分解所述像差图案，使得像差图案由根据基函数的系数表示；对于所有操纵器，计算场点集处的系数变化。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述像场相对于镜像对称线呈现镜像对称，并且其中，所述方法包括：确定相对于所述镜像对称线不对称的测量点分布。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述测量点分布中的测量点图案被细分成第一组测量点和第二组测量点，所述第一组测量点形成相对于所述镜像对称线对称的对称图案，所述第二组测量点包括一个或多个在镜像相关位置处不具有对应测量点的测量点。
10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述测量点分布计算(mpdc)包括：确定所述像场中预期具有像差绝对值的局部最大值的位置，并且确定测量点分布以使得测量点至少位于预期具有像差绝对值的局部最大值的那些位置。11.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，在所述投射曝光系统的初始设置时执行所述测量点分布计算(mpdc)，和/或，其中，当在制造商的场地使用所述曝光系统时，根据待在所述投射曝光系统中使用的下一个用例来执行所述测量点分布计算。12.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，预先计算包括多个不同测量点分布的预定义集，并且终端用户基于曝光系统待使用的实际用例，在预先计算的测量点分布之间进行选择。13.一种用于以图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底的投射曝光方法，包括：在照明场中生成被引导到所述图案上的照明辐射(ilr)；使用包括多个光学元件的投射镜头(po)，以投射辐射将位于所述照明场中的所述图案的一部分投射到所述衬底处的像场上；测量所述投射辐射的至少一个属性，所述属性代表根据测量点分布而在所述像场中分布的多个间隔开的测量点处的像差水平，所述测量点分布定义了待在使用测量系统(ms)的测量中使用的测量点的数量和位置；通过操作控制系统、基于由所述测量系统生成的测量结果来修改所述投射曝光系统的成像特性，所述操作控制系统包括至少一个操纵器，所述操纵器操作地连接至所述投射曝光系统的光学元件，所述方法包括：在第一用例下，通过用根据第一照明设置的照明辐射照明第一图案来执行第一曝光；将曝光系统从适用于所述第一用例的第一配置重新配置为适用于不同于所述第一用例的第二用例的第二配置；在第二用例下，通过用根据第二照明设置的照明辐射照明第二图案来执行第二曝光；对于所述第一用例和所述第二用例中的每一个，确定对应的第一测量点分布和第二测量点分布；在根据所述第一测量点分布和所述第二测量点分布的测量点分布处，对于所述第一用例和所述第二用例中的每一个，分别测量所述投射辐射的至少一个属性，以及基于根据所述第一测量点分布和所述第二测量点分布执行的测量，对于所述第一用例和所述第二用例中的每一个，分别修改所述投射曝光系统的成像属性。14.根据权利要求13所述的方法，其中，在从所述第一用例改变到所述第二用例时重新配置所述测量系统，使得所述第一测量点分布不同于所述第二测量点分布。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述像场相对于镜像对称线呈现镜像对称，并且其中所述第一测量点分布和所述第二测量点分布中的至少一个相对于所述镜像对称线不对称。16.根据权利要求13、14或15所述的方法，其中，提供包括多个不同的测量点分布的预定义集，并且基于所述曝光系统待使用的实际用例在预先计算的测量点分布之间进行选择。17.一种以图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底的投射曝光方法，包括：
在照明场中生成被引导到所述图案上的照明辐射(ilr)；使用包括多个光学元件的投射镜头(po)，以投射辐射将位于所述照明场中的所述图案的一部分投射到所述衬底处的像场上；测量所述投射辐射的至少一个属性，所述属性代表根据测量点分布而在所述像场中分布的多个间隔开的测量点处的像差水平，所述测量点分布定义了待在使用测量系统(ms)的测量中使用的测量点的数量和位置；通过操作控制系统，基于由所述测量系统生成的测量结果来修改所述投射曝光系统的成像特性，所述操作控制系统包括至少一个操纵器，所述操纵器操作地连接至所述投射曝光系统的光学元件，其中，所述像场相对于镜像对称线呈现镜像对称，并且所述测量点分布相对于所述镜像对称线不对称。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述测量点分布中的测量点图案被细分成第一组测量点和第二组测量点，所述第一组测量点形成相对于所述镜像对称线对称的对称图案，所述第二组测量点包括一个或多个在镜像相关位置处不具有对应测量点的一个或多个测量点。19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述像场包括预期具有像差绝对值的局部最大值的位置，并且所述测量点分布使得测量点至少位于预期具有像差绝对值的局部最大值的那些位置。20.一种用于以图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底的投射曝光系统，包括：照明系统(ill)，被配置为在照明场中生成被引导到所述图案上的照明辐射(ilr)；投射镜头(po)，包括多个光学元件，所述光学元件被配置为用投射辐射将位于所述照明场中的所述图案的一部分投射到所述衬底处的像场上，测量系统(ms)，能够测量所述投射辐射的至少一个属性，所述属性代表根据两个或更多个不同的测量点分布而分布在所述像场中的多个间隔开的测量点处的像差水平，测量点分布定义了待在测量中使用的测量点的数量和位置；以及操作控制系统，包括至少一个操纵器，所述操纵器操作地连接至所述投射曝光系统的光学元件，以基于由所述测量系统生成的测量结果来修改所述投射曝光系统的成像特性；测量点分布确定系统，被配置为确定测量点分布，所述测量点分布定义了特定于用例的、待在测量中使用的测量点的数量和位置。21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述测量系统被配置为并行地测量测量点分布中的两个或更多个或所有测量点。22.根据权利要求20所述的系统，其中，所述测量系统被配置为在测量点分布的两个或更多个或所有测量点处按顺序进行测量。

技术总结
在一种设置用于以图案的至少一个图像曝光辐射敏感衬底的投射曝光系统的方法中，该投射曝光系统包括：照明系统(ILL)，其被配置为在照明场中生成被引导到图案上的照明辐射(ILR)；投射镜头(PO)，其包括多个光学元件，该光学元件被配置为用投射辐射将位于照明场中的图案的一部分投射到衬底处的像场上；测量系统(MS)，其能够测量投射辐射的至少一个属性，该属性代表分布在像场中的多个间隔开的测量点处的像差水平；以及操作控制系统，其包括至少一个操纵器，该操纵器操作地连接至投射曝光系统的光学元件，以基于由测量系统生成的测量结果来修改投射曝光系统的成像特性。该方法包括：在测量点分布计算(MPDC)中确定测量点分布的步骤，该测量点分布定义了待在测量中使用的测量点的数量和位置，其中测量点分布计算(MPDC)在边界条件下执行，该边界条件至少代表：(i)操作控制系统的操纵能力；(ii)测量系统的测量能力；以及(iii)预定义的用例场景，其定义了代表性用例集，其中每个用例对应于由投射曝光系统在预定义的使用条件集下生成的特定像差图案。像差图案。像差图案。


技术研发人员：E
受保护的技术使用者：ASML荷兰公司
技术研发日：2021.01.19
技术公布日：2023/9/9