高数值孔径物镜系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年9月29日提交的美国申请62/056701的权益，并且该申请通过引用全部合并于此。

本公开涉及可以用在例如光刻设备的检查系统中的物镜系统的各种配置。

背景技术：

光刻设备是将期望的图案施加到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以例如用在集成电路(ic)的制造中。在这种情形中，备选地称为掩模或掩模版的图案化装置可以用于生成对应于ic的单独层的电路图案，并且该图案可以被成像到具有辐射敏感材料层(抗蚀剂)的衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括裸片的部分、一个或若干裸片)上。一般来说，单个衬底将包含被相继地曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中通过使整个图案一次性曝光到目标部分上来辐照各目标部分；和所谓的扫描器，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过光束扫描图案同时同步地平行于或反向平行于该方向扫描衬底来辐照各目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上而使图案从图案化装置转移至衬底。

在光刻工艺中，可以检查经图案化的衬底和/或掩模版以用于例如工艺控制和验证。存在有用于执行这样的检查的各种技术，包括扫描电子显微镜的使用，和各种专业检查系统，其可以用于检测掩模版上的缺陷和/或测量例如衬底上的图案的临界尺寸(cd)、衬底上形成的相继层之间的重叠误差。一种类型的专业检查系统是散射仪，其中辐射束被定向到衬底的表面上的图案的目标上，并且测量散射的或反射的辐射束的一个或多个性质(例如根据波长变化的在单个反射角度处的强度、根据反射角度变化的在一个或多个波长处的强度或根据反射角度变化的偏振)，以获得可以从其确定目标的感兴趣的性质的光谱。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来执行，诸如但不限于通过迭代途径(例如，严格耦合波分析或有限元法)进行的目标结构的重建、库检索和/或主成分分析。已知两种主要类型的散射仪。将宽带辐射束定向到衬底上并测量散射到特定窄角范围内的辐射束的光谱(根据波长变化的强度)的光谱散射仪。使用单色辐射束并测量根据角度变化的散射辐射束的强度的角分辨散射仪。

在这些散射仪中使用物镜系统，用于将辐射束定向和/或聚焦到检查对象(例如，掩模版、衬底的表面上的图案的目标)上和用于收集和/或成像来自检查对象的散射或反射的光。从所收集的光和/或从对象的图像获得的信息的量可以取决于物镜系统的数值孔径(na)和在散射仪中使用的辐射束的波长。物镜系统的na越高并且在散射仪中使用的波长的光谱带越宽，可以从被照射的检查对象获得的信息的量越大。然而，可以在检查系统中使用的最高na和最大光谱带宽受到物镜系统中的一个或多个透镜的设计和配置的限制。

存在有当前用于散射测量应用的三种类型的高na物镜系统：折射、反射和反射折射。某些缺点与这些当前的物镜系统的使用相关联。当前的高na折射物镜系统的缺点之一是工作距离相对小。例如，对于高na(例如，0.9-0.95)，工作距离一般小于0.35mm。另一个缺点是当前的高na折射物镜系统可以在不损害光学性能的情况下操作所跨越的光谱带的波长限于从约450nm到700nm范围的波长。该光谱带波长之外(例如，低于450nm的波长、高于700nm的波长、410nm-450nm之间的波长、700nm-900nm之间的波长、深紫外(duv)波长处、红外(ir)波长处)的当前折射物镜系统的使用归因于色差(轴向色差)而造成分辨率的损失。分辨率的损失可能导致散射仪测量的降低的精度。

当前的反射折射和/或反射物镜系统的缺点之一是它们具有远离零的大的佩兹伐和(即，它们不具有平坦的场曲)并且作为结果诱发场曲像差。光瞳像差是当前的反射折射和/或反射物镜系统的另一个缺点，归因于它们的大的场曲和光瞳大小。此外，当前的反射折射和/或反射物镜系统遭受如下遮蔽，其减少了所收集的光的量，并因此减少了可从检查对象收集的信息的量。

技术实现要素：

于是，存在对于改进的物镜系统的需要，该改进的物镜系统可以被配置成具有高na而没有上面提到的缺点。

根据实施例，一种物镜系统包括第一透镜组，第一透镜组包括可以被定位成沿着物镜系统的光轴彼此相距一距离的第一和第二正弯月透镜。距离可以取决于物镜系统的焦距。物镜系统进一步包括第二透镜组，第二透镜组包括三合透镜。三合透镜可以包括具有第一表面和第二表面的第一弯月透镜、具有第三表面和第四表面的第二弯月透镜以及具有第五表面和第六表面的双凸透镜。第三表面可以与第二表面实质上接触并且第五表面可以与第四表面实质上接触。物镜系统可以进一步包括第三透镜组，第三透镜组包括双凹透镜和双合透镜。

在另一实施例中，一种检查系统可以配置成测量衬底的性质。检查系统包括：辐射源，其可以被配置成产生辐射束；光学系统，其可以被配置成将辐射束聚焦到衬底的表面上；和检测器，其可以被配置成检测从衬底的表面反射的辐射束。光学系统可以包括：第一透镜组，其包括可以被定位成沿着光学系统的光轴彼此相距一距离的第一和第二正弯月透镜。距离可以取决于物镜系统的焦距。光学系统可以进一步包括：第二透镜组，其包括第三正弯月透镜、被胶合至第三正弯月透镜的负弯月透镜和被胶合至负弯月透镜的双凸透镜。光学系统还可以包括第三透镜组，其包括双凹透镜和双合透镜。

又在另一实施例中，一种光刻设备包括：照射光学系统，其可以被配置成照射图案化装置的图案；投影系统，其可以被配置成将图案的图像投影到衬底的目标部分上；和检查设备，其可以被配置成测量衬底的性质且包括物镜系统。物镜系统可以包括：第一透镜组，其可以被配置成校正物镜系统的场曲像差和光瞳像差。第一透镜组可以包括双凹透镜和双合透镜。

在进一步的实施例中，一种物镜系统包括：第一和第二弯月透镜，其被定位成沿着物镜系统的光轴彼此相距一距离。距离可以取决于物镜系统的焦距。物镜系统可以进一步包括彼此接触的第三和第四弯月透镜、与第四弯月透镜接触的双凸透镜、三合透镜以及在三合透镜与双凸透镜之间的孔径光阑。

下面将参照附图详细地描述本发明的进一步的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。需注意的是，本发明不限于本文所描述的具体实施例。这样的实施例在本文中被呈现仅用于说明的目的。基于本文所包含的教导，附加实施例将对于相关技术领域技术人员是显而易见的。

附图说明

并入本文并形成说明书一部分的附图图示出本发明，并且与描述一起进一步用于说明本发明的原理并且使得相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。

图1a是根据本发明的实施例的反射光刻设备的示意性图示。

图1b是根据本发明的实施例的透射光刻设备的示意性图示。

图2是根据本发明的实施例的反射光刻设备的更详细的示意性图示。

图3是根据本发明的实施例的光刻单元的示意性图示。

图4和图5是根据本发明的各种实施例的散射仪的示意性图示。

图6至图9是根据本发明的各种实施例的折射物镜系统的截面图的示意性图示。

本发明的特征和优点将从下面结合附图时陈述的详细描述中变得更加明显，其中相似的参考符号始终标识相应的元件。在附图中，相似的参考编号一般指示出同样的、功能上类似和/或结构上相似的元件。元件首次出现的附图由相应的参考编号中最左边的数字来指示。除非另有指示，否则贯穿本公开提供的附图不应当解释为按比例的图。

具体实施方式

本说明书公开了并入有本发明的特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅仅举例说明了本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由随之所附的权利要求限定。

所描述的实施例和本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等等的引用指示出所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每一个实施例可以并不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语并不一定是指相同的实施例。此外，当与实施例有关地描述特定特征、结构或特性时，应理解的是，与其他实施例有关地实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，无论是否明确进行描述。

然而，在更详细地描述这样的实施例之前，呈现出可以实施本发明的实施例的示例环境是有指导性的。

示例反射和透射光刻系统

图1a和图1b分别是光刻设备100和光刻设备100'的示意性图示，其中可以实施本发明的实施例。光刻设备100和光刻设备100'各包括以下：照射系统(照射器)il，被配置成调节辐射束b(例如，深紫外或极紫外辐射)；支撑结构(例如，掩模台)mt，被配置成支撑图案化装置(例如，掩模、掩模版或动态图案化装置)ma并被连接至第一定位器pm，第一定位器pm配置成精确地定位图案化装置ma；和衬底台(例如，晶片台)wt，被配置成保持衬底(例如，涂有抗蚀剂的晶片)w并被连接至第二定位器pw，第二定位器pw配置成精确地定位衬底w。光刻设备100和100'还具有投影系统ps，其被配置成将由图案化装置ma赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分(例如，包括一个或多个裸片)c上。在光刻设备100中，图案化装置ma和投影系统ps是反射的。在光刻设备100'中，图案化装置ma和投影系统ps是透射的。

照射系统il可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、反射折射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件或其任何组合，用于定向、成形或控制辐射束b。

支撑结构mt以取决于图案化装置ma相对于参考框架的取向、光刻设备100和100'中的至少一个的设计和诸如图案化装置ma是否被保持在真空环境中等的其他条件的方式保持图案化装置ma。支撑结构mt可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置ma。支撑结构mt可以是例如框架或台，其可以根据要求是固定的或可移动的。通过使用传感器，支撑结构mt可以确保图案化装置ma例如相对于投影系统ps处于期望位置。

术语“图案化装置”ma应当被广泛地解释为是指可以用于在辐射束b的截面中赋予辐射束b以图案以便在衬底w的目标部分c中创建图案的任何装置。赋予辐射束b的图案可以对应于正在目标部分c中创建以形成集成电路的器件中的特定功能层。

图案化装置ma可以是透射的(如在图1b的光刻设备100'中)或反射的(如在图1a的光刻设备100中)。图案化装置ma的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是熟知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移以及各种混合掩模类型等的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，其中的每个小反射镜可以单独地倾斜，以便在不同方向对入射的辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由小反射镜的阵列反射的辐射束b中赋予图案。

术语“投影系统”ps可以涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统，或者它们的任何组合，视正使用的曝光辐射或者诸如衬底w上的浸没液体的使用或真空的使用等的其他因素的情况而定。真空环境可以用于euv或电子束辐射，因为其他气体会吸收太多的辐射或电子。因而可以借助于真空壁和真空泵向整个光束路径提供真空环境。

光刻设备100和/或光刻设备100'可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台wt(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行地使用附加的衬底台wt，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其他衬底台wt进行曝光。在一些情况下，附加台可以不是衬底台wt。

参见图1a和1b，照射器il接收来自辐射源so的辐射束。源so和光刻设备100、100'可以是分离的物理实体，例如，当源so是受激准分子激光器时。在这样的情况中，源so不被认为形成光刻设备100或100'的一部分，并且辐射束b借助于光束传递系统bd(图1b中)被从源so传递到照射器il，光束传递系统bd包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况中，源so可以是光刻设备100、100'的一体化部分—例如当源so是汞灯时。源so和照射器il与如果要求的话的光束传递系统bd一起可以被称为辐射系统。

照射器il可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器ad(图1b中)。一般地，可以调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为“σ-外”和“σ-内”)。另外，照射器il可以包括各种其他部件(图1b中)，诸如积分器in和聚光器co。照射器il可以用于调节辐射束b以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

参见1a，辐射束b入射到被保持在支撑结构(例如，掩模台)mt上的图案化装置(例如，掩模)ma上，并且通过图案化装置ma被图案化。在光刻设备100中，辐射束b从图案化装置(例如，掩模)ma反射。在从图案化装置(例如，掩模)ma反射之后，辐射束b通过投影系统ps，投影系统ps将辐射束b聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if2(例如，干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台wt(例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器if1可以用于将图案化装置(例如，掩模)ma相对于辐射束b的路径精确地定位。可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准图案化装置(例如，掩模)ma和衬底w。

参见图1b，辐射束b入射到被保持在支撑结构(例如，掩模台mt)上的图案化装置(例如，掩模ma)上，并且通过图案化装置被图案化。在穿过了掩模ma之后，辐射束b通过投影系统ps，投影系统ps将光束聚焦到衬底w的目标部分c上。投影系统具有与照射系统光瞳ipu共轭的光瞳ppu。辐射的一部分从照射系统光瞳ipu处的强度分布发出，并在不受掩模图案处的衍射的影响的情况下穿过掩模图案，并且创建了在照射系统光瞳ipu处的强度分布的图像。

借助于第二定位器pw和定位传感器if(例如，干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台wt(例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射束b的路径中)。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器(图1b中未示出)可以用于将掩模ma相对于辐射束b的路径精确地定位(例如，在从掩模库的机械取回之后或在扫描期间)。

一般来说，掩模台mt的移动可以借助于形成第一定位器pm的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现。类似地，衬底台wt的移动可以使用形成第二定位器pw的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器(与扫描器相对)的情况中，掩模台mt可以仅连接至短行程致动器或者可以是固定的。掩模ma和衬底w可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准。尽管衬底对准标记(如图示出的)占据专用目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间(称为划线对准标记)中。类似地，在其中多于一个的裸片设置在掩模ma上的情况下，掩模对准标记可以位于裸片之间。

掩模台mt和图案化装置ma可以在真空室中，在其中真空中机器人ivr可以用于将诸如掩模等的图案化装置移入和移出真空室。备选地，当掩模台mt和图案化装置ma在真空室外侧时，真空外机器人可以用于各种输送操作，类似于真空中机器人ivr。真空中和真空外机器人两者都需要被校准用于任何有效载荷(例如，掩模)到转移站的固定运动学安装座的平稳转移。

光刻设备100和100'可以用以下模式中的至少一个来使用：

1.在步进模式中，使支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt保持基本上静止不动，同时将赋予辐射束b的整个图案一次投影到目标部分c上(即，单次静态曝光)。接着使衬底台wt在x和/或y方向上移位，使得不同的目标部分c可以被曝光。

2.在扫描模式中，扫描支撑结构(例如，掩模台)mt和衬底台wt，同时同步地将赋予辐射束b的图案投影到目标部分c上(即，单次动态曝光)。衬底台wt相对于支撑结构(例如，掩模台)mt的速度和方向可以通过投影系统ps的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。

3.在另一模式中，使支撑结构(例如，掩模台)mt保持基本静止不动地保持着可编程图案化装置，并且移动或扫描衬底台wt同时将赋予辐射束b的图案投影到目标部分c上。可以采用脉冲辐射源so，并且在衬底台wt的每次移动之后或者在扫描期间的相继辐射脉冲之间根据要求更新可编程图案化装置。该操作模式可以容易地应用于利用诸如可编程反射镜阵列等的可编程图案化装置的无掩模光刻。

也可以采用所描述的使用模式的组合和/或变化或者完全不同的使用模式。

在进一步的实施例中，光刻设备100包括极紫外(euv)源，其被配置成生成用于euv光刻的euv辐射的光束。一般来说，euv源被配置在辐射系统中，并且对应的照射系统被配置成调节euv源的euv辐射束。

图2更详细地示出了光刻设备100，包括源收集器设备so、照射系统il和投影系统ps。源收集器设备so被构造和布置成使得可以在源收集器设备so的封闭结构220中维持真空环境。euv辐射发射等离子体210可以通过放电产生等离子体源形成。euv辐射可以由气体或蒸气、例如xe气体、li蒸气或sn蒸气产生，在其中创建非常热的等离子体210以发射电磁光谱的euv范围内的辐射。非常热的等离子体210通过例如引起至少部分电离的等离子体的放电产生。为了辐射的高效生成，可能要求xe、li、sn蒸气或任何其他合适的气体或蒸气的例如10pa的局部压力。在实施例中，提供激发的锡(sn)的等离子体以产生euv辐射。

由热等离子体210发射的辐射经由被定位在源室211中的开口中或后面的可选的气体阻挡件或污染物阱230(在一些情况中也称为污染物阻挡件或箔阱)被从源室211传递到收集器室212中。污染物阱230可以包括通道结构。污染物阱230还可以包括气体阻挡件或气体阻挡件与通道结构的组合。本文进一步指示的污染物阱或污染物阻挡件230至少包括本领域已知的通道结构。

收集器室212可以包括辐射收集器co，其可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器co具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。穿过收集器co的辐射可以被反射离开光栅光谱滤光器240，以被聚焦在虚拟源点if中。虚拟源点if通常被称为中间焦点，并且源收集器设备被布置成使得中间焦点if位于封闭结构220中的开口219处或附近。虚拟源点if是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤光器240特别用于抑制红外(ir)辐射。

随后，辐射穿过照射系统il，照射系统il可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，它们被布置成在图案化装置ma处提供辐射束221的期望的角分布，以及在图案化装置ma处提供辐射强度的期望的均匀性。在由支撑结构mt保持的图案化装置ma处的辐射束221的反射时，形成经图案化的光束226，并且经图案化的光束226通过投影系统ps经由反射元件228、230成像到由晶片平台或衬底台wt保持的衬底w上。

一般可以在照射光学单元il和投影系统ps中存在比所示更多的元件。光栅光谱滤光器240可以可选地存在，取决于光刻设备的类型。此外，可以存在有比图中所示的那些更多的反射镜，例如，可以在投影系统ps中存在有比图2所示的多1至6个附加反射元件。

如图2中图示出的收集器光学器件co只是作为收集器(或收集器反射镜)的示例被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的巢状收集器。掠入射反射器253、254和255围绕光轴o轴向对称地布置，并且该类型的收集器光学器件co优选地与往往称作dpp源的放电产生等离子体源组合使用。

示例光刻单元

图3示出了光刻单元300，有时也称为光刻单元或簇。光刻设备100或100'可以形成光刻单元300的一部分。光刻单元300还可以包括在衬底上执行预曝光和后曝光工艺的设备。传统上，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器sc、用以使已曝光的抗蚀剂显影的显影器de、激冷板ch和烘烤板bk。衬底处理器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底、使它们在不同工艺设备之间移动并且接着传递到光刻设备的装载台架lb。往往总称为轨道的这些装置在轨道控制单元tcu的控制之下，该轨道控制单元tcu自身由管理控制系统scs控制，该管理控制系统scs还经由光刻控制单元lacu控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以使吞吐量和处理效率最大化。

示例散射仪

为了确保由诸如光刻设备100和/或100'等的光刻设备曝光的衬底被正确地且一致地曝光，期望检查已曝光的衬底以测量诸如随后的层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等等的性质。如果检测到误差，则可以对随后的衬底的曝光做出调整，尤其是如果检查可以完成得足够即刻且快速到使得同一批次的其他衬底仍然被曝光的话。还有，已经曝光的衬底可以被剥离和再加工—以提高产量—或被丢弃，由此避免在已知有缺陷的衬底上执行曝光。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况中，可以仅对那些良好的目标部分执行进一步的曝光。

检查设备可以用于确定衬底的性质，并且特别是，不同衬底或同一衬底的不同层的性质如何从层到层而变化。检查设备可以集成到诸如光刻设备100和/或100'或光刻单元300等的光刻设备中，或者可以是独立的装置。为了使得能够实现最迅速的测量，期望检查设备在曝光之后立即测量已曝光的抗蚀剂层中的性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度—在抗蚀剂的已曝光于辐射的部分与未曝光的那些之间在折射率上仅有非常小的差异—并且不是所有检查设备都具有用以对潜像进行有用测量的充分的灵敏度。因而测量可以在曝光后烘烤步骤(peb)之后进行，该曝光后烘烤步骤习惯上是在已曝光的衬底上执行的第一步骤并且增加了抗蚀剂的已曝光与未曝光部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以称为半潜。也可以进行对已显影的抗蚀剂图像的测量—此时抗蚀剂的已曝光的或者未曝光的部分已被去除—或者在诸如蚀刻等的图案转移步骤之后进行。后一可能性限制了有缺陷衬底的重新加工的可能性但仍然可以提供有用的信息。

图4描绘了可以在本发明中使用的散射仪sm1。散射仪sm1可以集成到诸如光刻设备100和/或100'或光刻单元300等的光刻设备中，或者可以是独立的装置。它包括将辐射投影到衬底w上的宽带(白光)辐射投影仪2。反射的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射的辐射的光谱10(根据波长变化的强度)。从该数据，可以由处理单元pu例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与如图4的底部所示的模拟光谱库进行的比较来重建引起检测到的光谱的结构或轮廓。一般来说，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且一些参数从制造结构所用的过程的知识假定，留下了结构的仅几个参数要从散射测量数据确定。这样的散射仪可以被配置成法向入射散射仪或斜入射散射仪。

可以与本发明一起使用的另一散射仪sm2被示出在图5中。散射仪sm2可以集成到诸如光刻设备100和/或100'或光刻单元300等的光刻设备中，或者可以是独立的装置。散射仪sm2可以包括光学系统1，光学系统1具有辐射源2、透镜系统12、滤光器13(例如，干涉滤光器)、反射装置14(例如，参考反射镜)、透镜系统15(例如，显微物镜系统，本文中也称为物镜系统)、部分反射表面16(例如，分束器)和偏振器17。散射仪sm2可以进一步包括检测器18和处理单元pu。

物镜系统15可以具有高数值孔径(na)，例如至少0.9或至少0.95。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的物镜。

在一个示例性操作中，由辐射源2发射的辐射使用透镜系统12被准直并被传输通过干涉滤光器13和偏振器17、被部分反射表面16反射并且经由显微物镜系统15聚焦到衬底w上。反射的辐射接着传输通过部分反射表面16到检测器18中，以便使散射光谱被检测。检测器可以位于处于物镜系统15的焦距处的向后投影的光瞳平面11中，然而光瞳平面可以代替地用辅助光学器件(未示出)重新成像到检测器上。光瞳平面是其中辐射的径向位置限定入射的角度并且角位置限定辐射的方位角的平面。在一个示例中，检测器是二维检测器，使得可以测量衬底目标30的二维角散射光谱。检测器18可以是例如ccd或cmos传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。

参考光束可以用于例如测量入射辐射的强度。为此目的，当辐射束入射到分束器16上时，其一部分通过分束器作为参考光束朝向参考反射镜14被传输。接着参考光束被投影到同一检测器18的不同部分上，或者备选地到不同的检测器上(未示出)。

干扰滤光器13可以包括一组干涉滤光器，其可以是可用于选择在比方说405nm-790nm或甚至更低、诸如200nm-300nm的范围内的感兴趣的波长。干扰滤光器可以是可调谐的而不是包括一组不同的滤光器。可以使用光栅代替干涉滤光器。

检测器18可以测量在单个波长(或窄波长范围)处的散射光的强度、分离地在多个波长处或跨越波长范围集成的强度。此外，检测器18可以分离地测量横向磁-偏振光和横向电-偏振光的强度和/或横向磁-偏振光和横向电-偏振光之间的相位差。

使用用于辐射源2的宽带光源(即，具有宽范围的光频率或波长-并因而具有宽范围的颜色的宽带光源)可以给出大的集光率，允许多个波长的混合。宽带中的多个波长优选地均可以具有δλ的带宽和至少2δλ的间距(即，带宽的两倍)。辐射的若干“源”可以是已使用光学纤维束分裂的扩展辐射源的不同部分。以该方式，可以在多个波长处并行地测量角分辨散射光谱。可以测量3-d光谱(波长和两个不同的角度)，其包含比2-d光谱更多的信息。这允许更多的信息被测量，这增加了量测过程的鲁棒性。在ep1,628,164a中对此更详细地进行了描述，该文献通过引用整个并入本文。

衬底w上的目标30可以是1-d光栅，其被印刷使得在显影之后，栅条由固体抗蚀剂线形成。目标30可以是2-d光栅，其被印刷使得在显影之后，光栅由固体抗蚀剂柱或抗蚀剂中的过孔形成。栅条、柱或过孔可以备选地被蚀刻到衬底中。该图案对光刻投影设备、特别是投影系统pl中的色差敏感，并且照射对称性和这样的像差的存在将使它们在印刷光栅中的变化上表现出来。于是，使用印刷光栅的散射测量数据来重建光栅。1-d光栅的参数(诸如线宽和形状)或者2-d光栅的参数(诸如柱或过孔宽度或长度或形状)可以被从印刷步骤和/或其他散射测量过程的知识输入到由处理单元pu执行的重建过程。

如上所述，目标可以在衬底的表面上。该目标往往采取光栅中的一系列线或2-d阵列中的基本矩形结构的形状。量测中的严格光学衍射理论的目的是有效地进行从目标反射的衍射光谱的计算。换言之，针对cd(临界尺寸)均匀性和重叠量测获得目标形状信息。重叠量测是其中测量两个目标的重叠以便确定衬底上的两个层是否对准的测量系统。cd均匀性仅仅是光谱上光栅的均匀性的测量，以确定光刻设备的曝光系统如何工作。具体地，cd或临界尺寸是被“写”在衬底上的对象的宽度，并且是光刻设备物理上能够在衬底上写入的极限。

根据第一实施例的物镜系统

图6图示出根据实施例的可以被实施为散射仪sm1和/或sm2(在图4和图5中示出)的一部分的折射物镜系统600的截面图的示意图。在该实施例的示例中，物镜系统600可以用于将从照射系统(未示出)发射的辐射束定向和/或聚焦到检查对象(例如，图案化装置ma、衬底w上的目标30、目标部分c)上，并且用于收集和/或成像来自检查对象的散射或反射光。

物镜系统600可以被配置成与当前物镜系统相比具有无中心遮蔽的高na(例如，na等于约0.95、na大于约0.95、na等于约1)、大工作距离(例如，大于约0.35、大于约0.5)和低光学像差(例如，低色差、低场曲像差、低光瞳像差、低复消色差像差(apochromaticaberrations))。另外，物镜系统600可以被配置成具有在从约3.5mm至约3.6mm的范围内焦距。此外，物镜系统600可以被配置成与当前物镜系统相比跨越更宽光谱带的波长(例如，450nm-700nm之间的波长、低于450nm的波长、高于700nm的波长、410nm-450nm之间的波长之间、700nm-900nm之间的波长、深紫外(duv)波长处、红外(ir)波长处)操作而不损害光学性能。

根据该实施例的示例，物镜系统600可以包括前透镜组601、中间透镜组602和后透镜组603。前透镜组601、中间透镜组602和后透镜组603可以彼此光学耦合并且可以沿着物镜系统600的光轴650布置。

根据该实施例的示例，前透镜组601可以被配置成使na从对象空间656到中间透镜组602的入口减小。例如，前透镜组601可以使na从对象空间中的约0.95减小到中间透镜组602的入口处的约0.25-0.4。根据另一示例，前透镜组601可以被配置成同时校正或减小物镜系统600的彗差和色差(轴向色差)。前透镜组601的这样的配置可以取决于前透镜组601中的一个或多个透镜的组成和布置。

在该实施例的示例中，前透镜组601可以包括彼此光学耦合的第一正弯月透镜604和第二正弯月透镜606(图6中示出)。第一正弯月透镜604可以具有球面凹面604a和球面凸面604b，并且第二正弯月透镜606可以具有球面凹面606a和球面凸面606b。凸面604b可以具有比凸面606b的曲率半径小的曲率半径。根据示例，凸面604b可以至少在沿着光轴650的点a处与凹面606a实质上接触。在另一示例中，可以沿着光轴650在凸面604b和凹面606a之间存在物镜系统600的焦距的范围从约2％至约8％的气隙。

根据该实施例的各种实施例，第一正弯月透镜604可以包括具有大于约1.75的折射率的例如重冕玻璃、重火石玻璃、镧火石玻璃、重镧火石玻璃或其组合。在该实施例的其他示例中，第一正弯月透镜604可以包括具有范围从约45到约50、大于50或大于70的阿贝数的光学材料。

一个透镜参数是其阿贝数，这是与折射率有关的材料的色散(折射率随波长的变化)的度量。高阿贝数表示低色散(低色差)，反之亦然。第二正弯月透镜606可以包括具有比第一正弯月透镜604的阿贝数和折射率小的阿贝数和折射率的重火石玻璃。例如，第二正弯月透镜606可以具有小于约30的阿贝数和范围从约1.5至约1.6的折射率。第一正弯月透镜604和第二正弯月透镜606的阿贝数上的大差异(例如，大于约15)可以允许由前透镜组601进行的彗差和色差的校正或减小。例如，如果第一正弯月透镜604包括具有约45的阿贝数的光学材料，并且第二正弯月透镜606包括具有约29的阿贝数的光学材料，则阿贝数上的差异等于约16。

在实施例中，中间透镜组602可以被配置成校正或减小物镜系统600的复消色差像差。中间透镜组602的这样的配置可以取决于中间透镜组602中的一个或多个透镜的组成和布置。根据该实施例的示例，中间透镜组602可以包括第一双合透镜608、第二双合透镜610、三合透镜612和第三双合透镜614，如图6所示。

第一双透镜608可以包括双凹透镜616和双凸透镜618，并且可以以第一双凹透镜616至少在沿着光轴650的点b处与第二正弯月透镜606实质上接触的方式定位，如图6中图示出的。还有，如图6中图示出的，双凹透镜616可以具有比双凸透镜618的沿着光轴650的厚度小的沿着光轴650的厚度。双凹透镜616和双凸透镜618可以耦合在一起，并且可以具有球面表面。根据示例，双凹透镜616和双凸透镜618的耦合可以通过将这些透镜彼此胶合来实现。透镜可以通过具有机械强度的粘合剂(例如，光学透明环氧树脂)胶合，以将这些透镜保持在一起。在另一示例中，双凹透镜616和双凸透镜618可以通过用外部安装夹具将这些透镜彼此压靠地保持而耦合，因为光学设计可能要求这些透镜之间的无限小的气隙，或者因为这些透镜的热膨胀系数上的差异不允许胶合。外部安装夹具可以以使得双凹透镜616的部分或整个表面与双凸透镜618的部分或整个表面实质上接触的方式将这些透镜保持在一起。双凹透镜616和双凸透镜618可以包括诸如但不限于冕玻璃或火石玻璃的材料。双凹透镜616和双凸透镜618可以包括相对于彼此相同的材料或不同的材料。

第二双合透镜610可以包括双凹透镜620和双凸透镜622，并且可以以双凹透镜620至少在沿着光轴650的点c处与双凸面618实质上接触的方式定位，如图6中图示出的。还有，如图6中图示出的，双凹透镜620可以具有比双凸透镜622的沿着光轴650的厚度小的沿着光轴650的厚度。双凹透镜620和双凸透镜622可以具有球面表面，并且可以通过胶合或通过保持在一起而耦合在一起，如上面参照双凹透镜616和双凸透镜618所描述的。双凹透镜620和双凸透镜622可以包括诸如但不限于冕玻璃材料或火石玻璃材料的材料。双凹透镜620和双凸透镜622可以包括相对于彼此相同的材料或不同的材料。

三合透镜612可以包括正弯月透镜624、负弯月透镜626和双凸透镜628，并且可以以正弯月透镜624至少在沿着光轴650的点d处与双凸面622实质上接触的方式定位，如图6中图示出的。正弯月透镜624、负弯月透镜626和双凸透镜628可以具有球面表面，并且可以通过胶合或通过保持在一起而耦合在一起，如上面参照双凹透镜616和双凸透镜618所描述的。

在一个示例中，双凸透镜628可以具有比正弯月透镜624和负弯月透镜626的沿着光轴650的每个厚度大的沿着光轴650的厚度。在另一示例中，双凸透镜628可以具有比正弯月透镜624和负弯月透镜626的沿着光轴650的组合厚度大的沿着光轴650的厚度。在进一步的示例中，沿着光轴650的正弯月透镜624的厚度和负弯月透镜626的厚度相对于彼此相等或不同。

根据示例，正弯月透镜624可以包括氟化钙(caf2)、负弯月透镜626可以包括重冕玻璃、重火石玻璃、镧火石玻璃或重镧火石玻璃，并且双凸透镜628可以包括具有大于约1.75的折射率的重火石玻璃。三合透镜612中的玻璃材料的这些组合可以允许中间透镜组602校正或减小物镜系统600的复消色差像差。

如图6中进一步图示出的，第三双合透镜614可以包括双凸透镜630和正弯月透镜632，并且可以以双凸透镜630至少在沿着光轴650的点e处与双凸透镜628实质上接触的方式定位。还有，如图6中图示出的，双凸透镜630可以具有比正弯月透镜632的沿着光轴650的厚度大的沿着光轴650的厚度。双凸透镜630和正弯月透镜632可以具有球面表面，并且可以通过胶合或通过保持在一起而耦合在一起，如上面参照双凹透镜616和双凸透镜618所描述的。

根据实施例，后透镜组603可以被配置成校正或减小物镜系统600的场曲(本领域中有时也称为佩兹伐曲率)像差和光瞳像差。后透镜组603的这样的配置可以取决于后透镜组603中的一个或多个透镜的组成和布置。根据该实施例的示例，后透镜组603可以包括彼此相邻地放置但彼此不接触的双凸透镜634和双合透镜636，如图6中图示出的。双合透镜636可以包括双凸透镜638和双凹透镜640。双凸透镜638可以具有比双凹透镜634和640的沿着光轴650的每个厚度大的沿着光轴650的厚度。双凸透镜638和双凹透镜640可以具有球面表面，并且可以通过胶合或通过保持在一起而耦合在一起，如上面参照双凹透镜616和双凸透镜618所描述的。

此外，如图6中图示出的，根据该实施例的示例，物镜系统600可以包括孔径光阑652和入射光瞳654，它们可以沿着光轴650定位并且位于中间透镜组602与后组透镜603之间。中间透镜组602与后透镜组618之间的入射光瞳626的定位可以允许孔径光阑624的直径被调整。

根据第二实施例的物镜系统

图7图示出根据实施例的可以被实施为散射仪sm1和/或sm2(在图4和图5中示出)的一部分的折射物镜系统700的截面图的示意图。物镜系统700与物镜系统600共享许多类似的特征和配置。因而，下面仅讨论物镜系统600与700之间的差异。

根据该实施例的示例，物镜系统700可以包括前透镜组601、中间透镜组602和后透镜组703。前透镜组601、中间透镜组602和后透镜组703可以彼此光学耦合并且可以沿着物镜系统700的光轴750布置。

根据该实施例的示例，后透镜组703可以包括介于两个双凹透镜709和711之间的双凸透镜707。双凸透镜638和双凹透镜709和711可以具有球面表面，并且可以通过胶合或通过保持在一起而耦合在一起以形成三合透镜，如上面参照双凹透镜616和双凸透镜618所描述的(图6中示出)。双凸透镜707可以具有比双凹透镜709和711的沿着光轴750的每个厚度大的沿着光轴750的厚度。这样的透镜组合可以允许后组透镜703校正或减小物镜系统700的场曲像差和光瞳像差。

根据第三实施例的物镜系统

图8图示出根据实施例的可以实施为散射仪sm1和/或sm2(在图4和图5中示出)的一部分的折射物镜系统800的截面图的示意图。物镜系统800与物镜系统600和700共享许多类似的特征和配置。因而，下面仅讨论物镜系统600、700和800之间的差异。

根据该实施例的示例，物镜系统800可以包括前透镜组801、中间透镜组602和后透镜组703。前透镜组801、中间透镜组602和后透镜组703可以彼此光学耦合并且可以沿着物镜系统700的光轴850布置。

前透镜组801类似于前透镜组601(在图6至图7中示出)，除了前透镜组801包括非球面弯月透镜805，代替前透镜组601的正球面弯月透镜606。非球面弯月透镜805可以具有非球面凹面805a和球面凸面805b。根据示例，非球面凹面805a可以至少在沿着光轴850的点f处与球面凸面803a实质上接触。在另一示例中，可以沿着光轴850在非球面凹面805a与球面凸面803a之间存在物镜系统800的焦距的范围从约2％至约8％的气隙。前透镜组801中的非球面凹面805a的存在可以提供最佳像差校正并且作为结果与前透镜组601相比提供更高的分辨率，因为非球面表面固有地产生比球面表面更少的光学像差(例如，球面像差)。在该实施例的示例中，非球面弯月透镜805可以包括具有与前透镜组601的第二正弯月透镜606的阿贝数和折射率类似的阿贝数和折射率的重火石玻璃。

根据第四实施例的物镜系统

图9图示出根据实施例的可以实施为散射仪sm1和/或sm2(图4和图5中示出)的一部分的折射物镜系统900的截面图的示意图。物镜系统900与物镜系统600、700和800共享许多类似的特征和配置。因而，下面仅讨论物镜系统600、700和800之间的差异。

根据该实施例的示例，物镜系统900可以包括前透镜组601、中间透镜组902和后透镜组703。前透镜组601、中间透镜组902和后透镜组703可以彼此光学耦合并且可以沿着物镜系统900的光轴950布置。

中间透镜组902类似于中间透镜组602(在图6至图8中示出)，除了本文所描述的差异。在示例中，中间透镜组902包括形成双合透镜909的凹透镜905和双凸透镜907，代替形成中间透镜组602的双合透镜614的正弯月透镜632和双凸透镜630。在另一示例中，中间组透镜902包括具有弯月透镜913和915及双凸透镜917的三合透镜911。弯月透镜913和915的球面表面的曲率半径小于中间透镜组602的弯月透镜624和626的球面表面的曲率半径。中间透镜组902与中间透镜组602的这些差异可以允许物镜系统900对于与物镜系统600、700和800相同的高na具有比物镜系统600、700和/或800的焦距小的焦距。例如，对于0.95的na，物镜系统900可以具有2mm的焦距。

应当注意的是，即使物镜系统900被示出为包括类似于物镜600的前透镜组601的前透镜组和类似于物镜700的后透镜组703的后透镜组，但根据该实施例的各种示例，物镜系统900可以包括类似于物镜系统800的前透镜组801的前透镜组和/或类似于物镜系统600的后透镜组603的后透镜组。

尽管可能在该文本中具体参考了在检查系统中的物镜系统的使用，但是应当理解的是，本文描述的物镜系统可以具有要求高na、大视场(fov)和/或宽光谱带的组合的其他应用。

尽管可能在该文本中具体参考了在ic制造中的光刻设备的使用，但是应当理解的是，本文描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头的引导和检测图案等等。本领域技术人员将领会，在这样的备选应用的背景下，本文中的术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以被视作分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文中提及的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道(典型地将一层抗蚀剂施加至衬底并使经曝光的抗蚀剂显影的工具)、量测工具和/或检查工具中进行处理。在适用时，本文中的公开可以应用于这样的和其他衬底处理工具。此外，衬底可以被处理超过一次，例如以便创建多层ic，使得本文所使用的术语衬底也可以是指已经包含多个经过处理的层的衬底。

尽管可能已在上面对具体参考了光学光刻的背景下的本发明的实施例的使用，但应该领会的是，本发明可以在任何应用(例如压印光刻)中使用，并且只要情况允许并不限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的拓扑限定了创建在衬底上的图案。可以将图案化装置的拓扑按压到供给至衬底的一层抗蚀剂内，随之通过施加电磁辐射、热、压力或其组合使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案化装置从抗蚀剂上移走，在其中留下图案。

需要理解的是，本文中的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的，使得本说明书的术语或措辞由相关领域的技术人员鉴于本文中的教导进行解释。

在本文所描述的实施例中，术语“透镜”只要情况允许可以是指包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件在内的各种类型的光学部件中的任一个或组合。

此外，本文中使用的术语“辐射”和“光束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(uv)辐射(例如，具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长λ)、极紫外(euv或软x射线)、辐射(例如，具有5nm-20nm范围内的波长，诸如例如13.5nm)或者在小于5nm下工作的硬x射线，以及诸如离子束或电子束等的粒子束。一般地，具有在约780nm-3000nm(或更大)之间的波长的辐射被认为是ir辐射。uv是指具有近似100nm-400nm的波长的辐射。在光刻内，术语“uv”也适用于可由汞放电灯产生的波长：g线436nm；h线405nm；和/或i线365nm。真空uv或vuv(即，被气体吸收的uv)是指具有近似100nm-200nm的波长的辐射。深uv(duv)一般是指具有范围从126nm到428nm的波长的辐射，并且在实施例中，受激准分子激光器可以产生在光刻设备内使用的duv辐射。应当领会的是，具有在例如5nm-20nm的范围内的波长的辐射涉及具有特定波长带的辐射，该特定波长带的至少部分在5nm-20nm的范围内。

本文所使用的术语“衬底”描述了在其上添加随后的材料层的材料。在实施例中，衬底本身可以被图案化，并且在其顶部上添加的材料也可以被图案化，或者可以保持没有图案化。

本文所使用的术语“实质上接触”一般描述彼此之间仅有典型地由未对准公差造成的微小分离的彼此物理接触的元件或结构。应当理解的是，本文所使用的一个或多个特定特征、结构或特性之间的相对空间描述(例如，“垂直对准”、“实质上接触”等)仅是为了说明的目的，并且本文所描述的结构的实际实施可以包括未对准公差而不脱离本公开的精神和范围。

如本文所使用的术语“光学耦合”一般是指一个耦合元件被配置成直接或间接地将光赋予另一耦合元件。

本文所使用的术语“光学材料”一般是指允许光或光能在其中或通过其传播的材料。

虽然上面已描述了本发明的具体实施例，但是应领会的是，本发明可以以不同于所描述的方式实践。该描述不旨在限制本发明。

应领会的是，具体实施方式部分并且不是发明内容和摘要部分旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述本发明人所设想的本发明的一个或多个但不是全部的示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。

上面已借助于图示出指定功能及其关系的实施的功能构建块描述了本发明。为了方便描述，本文已任意地限定了这些功能构建块的边界。可以限定替代的边界，只要适当地执行指定的功能及其关系即可。

具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质以至于其他人可以通过应用本领域技术内的知识，在无需过度实验的情况下对于各种应用容易地修改和/或适应这样的具体实施例，而不会脱离本发明的一般概念。因而，基于本文呈现的教导和指导，这样的适应和修改旨在处于所公开的实施例的等同物的意义和范围内。

本发明的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制，而是应当仅依照所附权利要求及其等同物来限定。