被动式掩模版工具、光刻设备以及在光刻工具中对器件图案化的方法

专利名称：被动式掩模版工具、光刻设备以及在光刻工具中对器件图案化的方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻设备、一种用于确定偏振属性的方法、一种投影透镜偏振传感器、一种光刻投影系统、一种用于确定偏振状态的方法、一种主动式掩模版工具、一种对器件进行图案化的方法、一种被动式掩模版工具、一种检偏器和一种偏振传感器。

背景技术：
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成对应于在所述IC的单层上待形成的电路图案的辐射图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的一部分)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过沿给定方向(“扫描”方向)的辐射束扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，而将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。
公知的晶片扫描器(EP1037117，在此以引用的方式整体并入本文中)包括照射器和投影透镜。在操作中，在横截面上具有电路图案的掩模版位于照射器和投影透镜之间。对晶片进行定位，以使得电路图案在掩模版上的图像通过分别经过照射器、掩模版和投影透镜的辐射，被形成在晶片表面上。
对于需要将通过光刻设备(例如步进机和扫描器)成像的特征持续更小的要求导致采用数值孔径(NA)不断增加的投影系统。在投影设备内的辐射射线相对于光轴的角度随着NA的增加而增加。光的矢量属性对于成像十分重要，这是因为电磁波的仅仅相同的偏振分量才能进行干涉。因此，图像的对比度不仅仅由波前质量确定；而且偏振对于图像的对比度具有很大的影响。
由于生产的限制，投影透镜的成像属性随着光的不同的偏振状态而不同。在所使用的投影透镜具有高数值孔径(NA)的情况下，晶片扫描器的成像性能显著地依赖于照射器射出的光的偏振状态(与投影透镜的依赖于偏振的成像属性相结合)。一种效应是在电路图案在掩模版上的(在晶片上形成的)图像对于第一偏振状态可以在投影透镜和晶片之间的距离为z1时正焦的情况下，对于第二偏振状态，所述图像在投影透镜和晶片之间的距离为z2时正焦。当将晶片以z1定位以将由具有第一偏振状态的辐射形成的电路图案的图像在晶片上正焦时，由具有第二偏振状态的光形成的图像的一部分离焦，而导致线加宽。通过改进偏振的控制，可以改进对于小特征的线边缘粗糙度和临界尺寸(CD)的控制。
增加投影透镜的NA值的当前趋势导致由于较低质量的偏振状态而造成的图像质量的损失增加。
进而，具有对于具体区域的所需具体偏振状态的照射辐射的使用正在越来越多地用于对在特定的方向上被对齐的特征进行成像。结果，需要知道照射在图案形成装置(例如掩模版)上的辐射的偏振状态。也可能需要知道由投影系统(例如投影透镜)造成的对于偏振状态的影响。已有的在光刻设备中建立的辐射传感器通常是对偏振不敏感的。进而，可以理解，在不知道投影系统对偏振的影响的情况下，在衬底的水平面上可能不能容易地或以合理的成本测量图案形成装置的水平面上的照射辐射的偏振状态。
当辐射照射到晶片上时，辐射的偏振部分地由辐射通过照射器之后的辐射偏振确定。为了对照射器处的辐射的偏振进行测量，检偏器必须处于照射器和投影透镜之间。
随着偏振控制的质量水平的提高，需要知道在垂直于照射器的光轴的平面上的不同位置处的偏振。能够给出位置依赖信息的测量被称作场分解测量。
当需要场分解偏振测量时，检偏器必须包括偏振元件和用于将该偏振元件移动到待分析的场位置的电机，所述检偏器对于每个偏振测量都是需要的。替代地，所述检偏器必须包括在待分析的不同的场位置处的多个偏振元件以及用于选择一个偏振元件的与偏振元件的数量相等的快门。通过在所需的场位置处打开所述快门，和在其他位置处关闭所述快门，可以对应所述位置测量偏振。电机或多个偏振元件和多个快门的组合需要包括在照射器和投影透镜之间的许多空间。
在公知的光刻设备中，照射器和投影透镜之间的空间相当小，且被掩模版台的隔室(compartment)占据。所述掩模版台的隔室是掩模版台在其中移动的区域。其他的部件不可以强占所述区域，以避免这些其他部件和掩模版台之间发生干涉的风险。
同样，当投影束的偏振状态不得不在辐射已经通过投影透镜之后被测量时，晶片台会占据检偏器所需的空间。
因此，在这种光刻设备中不存在用于插入检偏器以提供投影辐射束的场分解测量的空间。


发明内容
在一个实施例中，从照射器接收到的辐射具有预定的和已知的偏振状态。实施例包括采用偏振传感器调整照射器以提高偏振质量的方法和配置。
在一个实施例中，偏振传感器通常由两个部分组成一些用于处理照射器的光的偏振的光学元件(推迟器、偏振器)，以及用于测量经过处理的光的强度的检测器。根据强度测量，可以导出由四个参数S0至S3组成的斯托克斯(Stokes)矢量。场点是在垂直于通过照射器的辐射束的光轴的横截面上的位置。在每个场点处的光采用在该点处的场阑进行测量，窄光束通过该点处的所述场阑传播。从场阑出射的光被检测器(例如2维检测器)检测。由2维检测器检测到的强度包括子强度测量阵列，其中每个测量在独立的x-y位置上收集到，其中x、y位置对应于照射器中的光瞳坐标。每个场点的三个或更多个强度测量足以限定在所述场点处的光的偏振状态。根据在检测器上的每个x-y点处收集到的三个或更多个强度测量，可以构建偏振光瞳映射，所述偏振光瞳映射包括在照射器中的每个测量到的光瞳位置处的Stokes矢量，光从所述光瞳位置通过场阑传播。在场点处测量到的关于偏振的信息可以被用于对照射器的偏振设定进行微调。另外，可以在不同时间对偏振状态进行测量，以监测照射器随时间的输出。另外，可以在一系列的场点上进行测量，且这些测量用于将辐射的偏振状态映射为场点位置的函数。
可以采用附加的光学元件测量投影透镜关于偏振的贡献。考虑例如照射器和/或透镜的漂移效应，光在晶片水平面处的偏振状态也可以随着时间被监测。
因此，在下面所述的本发明的配置中，照射器和投影透镜偏振传感器都可以包括光学元件以及检测器，所述光学元件处理和分析光的偏振状态，所述检测器用于测量光的强度。
除去知道照射辐射的偏振状态之外，还可能需要具有关于对于由投影系统造成的照射辐射的偏振状态的作用的信息。
根据本发明的一个方面，提供一种光刻设备，包括照射系统，配置用于调节辐射束；支撑结构，构建用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予辐射束的横截面中，以形成图案化的辐射束；衬底台，构建用于保持衬底；投影系统，配置用于将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上；检测器，配置用于测量辐射通过投影系统之后的辐射强度；可调整的偏振改变元件；以及检偏器，其中所述偏振改变元件和检偏器按顺序设置在辐射束路径中且在这样的水平面处即在该水平面处，图案形成装置将被支撑结构支撑。
根据本发明的另一个方面，提供一种光刻设备，包括照射系统，配置用于调节辐射束；支撑结构，构建用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予辐射束的横截面上，以形成图案化的辐射束；衬底台，构建用于保持衬底；投影系统，配置用于将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上；和干涉仪传感器，配置用于测量在衬底的水平面处的辐射束的波前，所述干涉仪传感器具有检测器，并与在图案形成装置的水平面处的源模块结合操作，以调节溢出投影系统的光瞳的辐射；以及可调整的偏振器，配置用于在投影系统之前对所述辐射进行偏振化。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于确定光刻设备的偏振属性的方法，所述方法包括采用检测器对于光刻设备的偏振改变元件的多个不同的设定进行强度测量；以及根据强度测量，确定在辐射遇到偏振改变元件之前的辐射的偏振状态的信息。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于确定光刻设备的偏振属性的方法，所述方法包括对于可调整的偏振器的至少两个不同的设定，采用光刻设备的干涉仪传感器测量所述设备的衬底的水平面处的辐射束的各个波前，所述可调整的偏振器位于光刻设备中，在其投影系统之前；以及根据波前测量，确定影响投影系统的属性的偏振的信息。
根据本发明的另一个方面，提供一种投影透镜偏振传感器，所述投影透镜偏振传感器配置用于测量从光刻设备的投影透镜产生的偏振贡献，所述投影透镜偏振传感器包括 针孔，设置在掩模版中，所述掩模版设置成位于光刻设备的掩模版台中，所述针孔配置用于接收来自照射器的辐射，所述辐射具有第一偏振状态并配置用于将第一辐射束透射通过投影透镜； 第一光学元件，配置用于定位在光刻设备的晶片水平面处，并配置用于将第一辐射束反射，以产生第二辐射束； 第二光学元件，配置用于将第二辐射束引导到另一个部件； 偏振器，设置用于对从第二光学元件接收到的辐射进行偏振化；以及 检测器，设置用于接收偏振辐射。
根据本发明的另一个方面，提供一种光刻投影系统，所述系统包括照射器，所述照射器配置用于将照射器的辐射提供给掩模版水平面，所述照射器的辐射具有第一偏振状态；投影透镜，配置用于将具有第二偏振状态的辐射投影到晶片水平面；以及投影透镜传感器，所述投影透镜传感器包括针孔，设置在光刻设备的掩模版中，所述针孔配置用于接收来自照射器的具有第一偏振状态的辐射，并将第一辐射束透射通过投影透镜；第一光学元件，位于晶片水平面处，并配置用于将第一辐射束反射，以产生第二辐射束；第二光学元件，配置用于将第二辐射束引导到另一个部件；偏振器，设置用于对从第二光学元件接收到的辐射进行偏振化；以及检测器，设置用于接收偏振辐射，其中所述投影透镜传感器配置用于测量从投影透镜产生的偏振贡献。
根据本发明的另一个方面，提供一种测量通过投影透镜的辐射的偏振状态的方法，所述方法包括确定第一辐射束的输入的偏振状态；沿着第一方向引导第一辐射束通过投影透镜；在晶片水平面处将第一辐射束反射为第二辐射束，所述第二辐射束沿着与第一方向基本上相反的第二方向；在掩模版水平面处将第二辐射束反射为第三辐射束，所述第三辐射束通过偏振器；以及在检测器处测量第三辐射束的强度。
根据本发明的另一种配置，提供一种具有载板的主动式掩模版工具，所述载板配置用于连接到光刻设备的掩模版台，所述主动式掩模版工具包括针孔，配置用于允许从照射器接收到的在第一场点处的辐射束进入，所述辐射束具有第一偏振状态；推迟器，以可旋转的方式与载板连接，并配置用于推迟具有第一偏振状态的辐射束的第一偏振状态；以及偏振器，配置用于接收被推迟的偏振束，并将具有预定偏振状态的辐射朝向检测器引导，其中所述检测器配置用于进行具有预定的偏振状态的辐射的多个强度测量。
根据本发明的另外的配置，提供一种光刻设备，所述设备包括照射器，配置用于朝向掩模版台供给辐射；主动式掩模版工具，所述主动式掩模版工具具有针孔，配置用于允许从照射器接收到的在第一场点处的辐射束进入，所述辐射束具有第一偏振状态；推迟器，以可旋转的方式与载板连接，并配置用于推迟具有第一偏振状态的辐射束的第一偏振状态；以及偏振器，配置用于接收被推迟的偏振辐射束，并将具有预定偏振状态的辐射朝向检测器引导，其中所述检测器配置用于实现对具有预定偏振状态的辐射的多个强度测量。
根据本发明的另一个方面，一种用于在光刻工具中将器件进行图案化的方法，所述方法包括在掩模版台上接收与照射器场中的第一场点相对应的辐射，其特征在于，将多个偏振推迟条件应用于与第一场点相对应的辐射；将从多个偏振推迟条件导出的多个辐射束朝向偏振元件引导，所述偏振元件配置用于发送具有预定偏振的辐射；测量从所述偏振元件发送出的多个辐射束中的每一个辐射束的辐射强度；确定位于照射器场中的第一场点处的辐射偏振条件；以及基于所确定的偏振条件调整照射器。
根据本发明的另一个方面，提供一种包含载板以及与所述载板相关的偏振传感器模块阵列的被动式掩模版工具，所述载板配置成位于光刻设备的掩模版台中，其中所述偏振传感器模块阵列配置用于在多个场点处接收来自照射器的照射器辐射，且其中所述偏振传感器模块阵列配置用于将辐射输出到检测器，所述检测器配置用于对从照射器辐射得到的偏振光进行一组强度测量，该组强度测量对应于被偏振传感器阵列应用到照射辐射上的多个推迟条件。
根据本发明的另一个配置，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括照射器，配置用于朝向掩模版台供给辐射；以及被动式掩模版工具，所述被动式掩模版工具具有置于光刻设备的掩模版台处的载板以及与所述载板相关的偏振传感器模块阵列，其中所述偏振传感器模块阵列配置用于在多个场点处接收来自照射器的照射辐射，且其中所述偏振传感器模块阵列配置用于将辐射输出到检测器，所述检测器配置用于对从照射器辐射得到的偏振光进行一组强度测量，该组强度测量对应于被应用到照射器辐射上的多个推迟条件。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于在光刻工具中将器件进行图案化的方法，所述方法包括在掩模版台上接收与照射器场中的第一场点相对应的辐射，提供传感器阵列，所述传感器阵列配置用于将多个偏振推迟条件提供给接收到的辐射；通过第一场点扫描传感器阵列，以产生对应于多个偏振推迟条件的多个辐射束；将所述多个辐射束朝向偏振元件引导，所述偏振元件配置用于发送具有预定偏振的辐射；测量从所述偏振元件发送出的多个辐射束中的每一个辐射束的辐射强度；确定位于照射器场中的第一场点处的辐射偏振条件；以及基于所确定的偏振条件调整照射器。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于分析辐射束中的场的偏振的检偏器，所述检偏器包括基础构件，所述构件具有场阑和偏振元件，所述场阑被设置成在第一区域中是透射的，而所述偏振元件设置用于对透射通过所述场阑的第一区域的辐射束进行偏振化；其特征在于，所述基础构件设置成可由光刻设备的第一台移动到某个位置上，在所述位置上，场阑的第一区域与待分析的场相匹配。
所述检偏器包括基础构件，所述基础构件设置成由光刻设备的掩模版台(或衬底台)定位。所述基础构件自身具有场阑和偏振元件。
所述场阑在第一区域上透射辐射。因为场阑的存在，偏振状态的分析将主要涉及关于由所述第一区域透射的辐射的信息。
所述偏振元件对由场阑透射的辐射进行偏振化，以使得偏振辐射能够进行分析。
在生产过程中，光刻设备中的掩模版台将掩模版相对于投影透镜和光刻设备的照射单元定位在所需的位置处，以使得掩模版上的图案可以通过投影透镜成像到衬底上。
当采用检偏器时，掩模版台将场阑置于所需位置上，所述所需位置是辐射束中的位置，对于所述的位置，偏振辐射需要被分析。同样，在生产过程中，衬底台将衬底置于所需的位置上。
于是，检偏器可以在所述检偏器和掩模版台或衬底台之间没有干涉风险的情况下，被放进掩模版台的隔室中。换句话说，通过以第一台移动检偏器，既没有附加的电机，也没有多个偏振元件和多个快门的组合需要被置于第一台也需要的区域中。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于光刻设备的偏振传感器，所述偏振传感器包括检偏器，所述偏振传感器的特征在于，检测器设置用于在测量平面上测量在辐射通过场阑之后的辐射强度，并设置成被光刻设备的第二台定位在辐射束中的预定位置上。
通过以第二台移动检测器，既没有附加的电机，也没有多个偏振元件和多个快门的组合需要被置于第二台也需要的区域中。



在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中 图1示出在对应于数值孔径(NA)的角度下进入偏振传感器模块的来自照射器的偏振光； 图2示出根据本发明的配置的位于偏振传感器系统中且在晶片水平面处的照相机； 图3是公开根据本发明的多个实施例的与偏振传感器相关联的特征之间的关系的图表； 图4是根据本发明的实施例的主动式掩模版工具的图； 图5(a)示出根据本发明的一种配置的偏振传感器的一部分； 图5(b)示出根据本发明的另一种配置所设置的弹簧加载推迟器； 图6示出根据本发明的另一种配置的另一个偏振传感器的一部分； 图7示出根据本发明的另一种配置的另一个偏振传感器的一部分； 图8(a)示出根据本发明的另一种配置的另一个偏振传感器的一部分； 图8(b)示出根据本发明的一种配置所设置的被动式掩模版系统； 图8(c)示出偏振传感器模块的细节； 图9a-c是根据本发明的三个分别的实施例的三个不同的偏振传感器的示意图； 图9(d)示出具有设置在掩模版处的针孔下面的偏振分束器的多路系统的细节； 图10示出非偏振光波与表面的相互作用； 图11示出根据本发明的实施例的光刻设备； 图12示意性地示出根据本发明的另一个实施例的光刻设备； 图13示意性地示出根据如图12所示的实施例的改进实施例的光刻设备； 图14示意性地示出根据本发明的另一个实施例的光刻设备；以及 图15示意性地示出用于将辐射在偏振敏感部件的区域上准直的配置。

具体实施例方式 在一个实施例中，偏振状态在晶片曝光过程中可以被很好地限定和知晓，以使得可以改善晶片水平面上的图像质量，导致小的线宽，尤其是在具有高NA值的投影透镜的情况下。为了测量和监测晶片曝光所采用的光的确切偏振状态，偏振测量不得不在晶片扫描器中进行。为了从偏振的角度出发量化和监测照射器，所述传感器可以被定位在掩模版水平面上。另外，如果投影透镜的偏振行为需要被监测或量化，则附加的光学元件可以在晶片水平面上实现。
在本发明的一些配置中，偏振传感器可以被看成具有两个部分。第一部分包括光学元件，所述光学元件处理照射器光的偏振(例如推迟器或偏振分束器)，并在此称为偏振传感器模块。第二部分包括检测器。所述检测器用于测量经过处理的光的强度。偏振传感器模块可以包括在物理上容装在一起的一组零件。检测器可以位于与偏振传感器模块保持相对大的距离的位置之处。然而，在本发明的一些配置中，检测器可以被容装在或位于接近包含偏振传感器模块的部件之处。
为了获得照射器光瞳的偏振映射，在所述光瞳上定义多个场点。在每个场点处，偏振传感器模块的三种不同的配置中的最小值被用于测量偏振。如果不考虑非偏振状态，则三个不同的测量可以限定偏振状态。考虑非偏振状态，则需要以偏振传感器模块的四种不同的配置进行测量。在此，每种配置具有不同的推迟属性并属于具体的输入偏振状态。通常，检测器对于用于测量每个场点的所有配置测量不同的强度。当将对于每个场点的强度测量进行比较时，可以采用基于斯托克斯矢量的计算找到在该特定的场点处的光的原始偏振状态。这可以对于所有场点进行，导致光瞳的偏振映射。采用斯托克斯矢量而不是琼斯(Jones)矢量的原因是斯托克斯矢量包括非偏振光，而琼斯矢量不包括。
斯托克斯参数可以在输入照射偏振方式和偏振传感器模块的光学配置之间的一定的组合下，从测量到的偏振光点的强度导出。斯托克斯矢量由四个参数S0至S3构成，见式1。其中SOP表示偏振状态。


式1 斯托克斯参数可以通过测量例如在水平的、垂直的、45°和左旋及右旋偏振器的组合中透射的光强来计算。为了解出全部4个斯托克斯矢量，可以对每个场点采用四个测量。采用各个电场公式(见式2)，可以将斯托克斯矢量转换为琼斯矢量，其中Δ＝y-x表示寻常和异常状态之间的相位差。
式2 为了便于形象地表示，偏振状态经常以偏振椭圆的方式，尤其是其取向和伸长率进行解释。普通的参数化表示采用方位(或“旋转”)角α和椭圆角ε，所述角α是椭圆的长半轴和x轴之间的角度，而所述角ε的tan(ε)是两个半轴的比率。tan(ε)＝+/-1的椭圆率对应于完全的圆偏振。所述表示方式与斯托克斯参数之间的关系在式3中表示。
式3 将入射的偏振状态从输入斯托克斯矢量Sin转变成一些输出状态Sout(通过反射、透射或散射)的光学部件可以由4×4缪勒矩阵(Mueller matrix)M描述。这种转换由式4给出，其中Mtot，可以是n个级联分量Mi的乘积。
式4 例如，对于由旋转推迟器和偏振器构成的系统，在多个独立的缪勒矩阵相乘之后，可以采用式5计算输出的斯托克斯矢量。在此，Mpol和Mret分别是偏振器和推迟器的缪勒矩阵。R(α)是旋转矩阵，其为旋转角α的函数，并表示推迟器的旋转。
Sout＝MtotSin＝MpolR(α)MretR(-α)Sin式5 如之前所述，至少三个测量被用于求解未知的Sin矢量的4个参数。如上所述，尽管存在四个斯托克斯参数，但是在它们之间存在一定的冗余，以使得三个测量可以至少在相对于辐射的总体强度归一化的情况下足以确定它们。在一个实施例中，四个测量被用于求解未知的Sin量的4个参数。通过以定义好的方式改变缪勒矩阵Mtot的内容4次，可以获得4个方程，其中每次改变属于不同的光学部件组，从所述的4个方程中，具有4个未知参数的系统被求解出。对于本领域的技术人员，应当理解也可以采用更多的测量来求解4个未知的参数。
应当理解，如果少于三个测量被采用，所述测量可能仍旧被用于表征照射器或投影透镜的偏振状态。例如，如果完成一个测量，即对于固定的偏振状态的测量，且所述测量随着时间(例如在晶片加工中的两个批次的晶片之间)被重复，则可以检测对晶片扫描器的偏振状态的改变。当所述改变通过一定的阈值时，这可以触发晶片扫描器的校准或维护。
来自照射器的偏振光在对应于数值孔径(NA)的角度下进入偏振传感器模块。这如图1所示。偏振光分别通过一起构成束成形和准直光学系统的第一准直透镜、反射镜和正透镜。所述准直透镜设置用于将平行光束给予到所述反射镜上。所述反射镜设置用于沿着所需方向反射光。所述所需方向与投影系统的光轴垂直。对于垂直方向和平行的光束，偏振传感器模块具有相对低的高度(沿着投影系统的光轴与传感器一起以机械方式延伸的数值)。然后，光通过正透镜、场阑和透镜以再次准直所述光。场阑被用于选择特定的场点。
在通过束成形和准直光学系统之后，所述光进入检偏器。为了以所定义的方式改变入射光的偏振状态，采用一组光学系统，所述光学系统将影响光的推迟，即Tm和Te波彼此相对移动导致净相位差。然后，偏振器选择一个偏振。在偏振传感器的第二部分中，所需的偏振方式的强度用照相机检测。
其他场阑位置是可能的，而且对于技术人员是显见的。
图3是公开根据本发明的多个实施例的与所设置的偏振传感器相关联的特征之间的关系的图表。
一个区别在于偏振传感器模块和偏振传感器之间，所述偏振传感器模块配置用于在一个方面量化从照射器出射的光的偏振(A.照射器偏振传感器)，所述偏振传感器配置用于在另一个方面监测/量化通过投影透镜传播的光的偏振(B.投影透镜偏振传感器)。
在本发明的实施例中，掩模版工具包括载板和偏振传感器模块。所述偏振传感器可以包括在晶片水平面上的附加部分(见图2)。“在晶片水平面上”表示在正常的操作过程中晶片所在的位置。“在掩模版水平面上”表示位于照射器和光刻设备的投影透镜之间的位置。在晶片扫描器照射晶片时的正常操作过程中，掩模版存在于“掩模版水平面”上。
晶片扫描器包括用于支撑和定位掩模版R的掩模版台RS。在本发明的一个实施例中，所述掩模版工具用于替代在掩模版台上的掩模版；换句话说，在掩模版台和掩模版之间的机械干涉与掩模版台和掩模版工具之间的机械干涉相同。这使得掩模版工具可以以生产掩模版的方式加载。于是，所述掩模版工具与已有的晶片扫描器是兼容的；其是独立的晶片扫描器。掩模版工具的量化和校准工序也可以在晶片扫描器之外实现。所述掩模版工具可以包括一个或多个偏振传感器模块。所述掩模版工具的载板包括一层已知的掩模版材料，所述掩模版材料在晶片扫描器的操作过程中用于生产包括电路图案的掩模版。已知的掩模版材料在温度差下稳定性高，以使得模块的位置是稳定的。另外，所述掩模版工具可以包括配置用于测量传感器模块的位置和掩模版工具的任何变形的标记。这种测量可以用从EP1267212获知的传感器实现，所述EP1267212以引用的方式并入本文中。
采用照射器偏振传感器模块(A)的本发明的方面被分为主动式掩模版配置(1)和被动式掩模板配置(2)。“主动式”表示所述偏振传感器模块的一些部分在偏振测量过程中可以被移动和/或旋转，而“被动式”表示所有部分都被固定在载板上。
如图3所示，在本发明的实施例中，主动式掩模版工具和被动式掩模版工具可以包括推迟器或楔形棱镜(在图3中由“与主动式掩模版相同的组合”表示)。替代地，被动式掩模版工具可以包括双折射棱镜。
在本发明的配置中，掩模版工具不需要用于电源、控制信号(例如用于开始测量的触发器)和测量结果的任何接口，其中在所述配置中，照相机(或其他的偏振检测器)位于晶片水平面WS(见图2)上，例如对于主动式掩模版工具(图3)。替代地，照相机可以被放置在主动式掩模版工具的掩模版水平面上。
另外，图3列出根据本发明的另外实施例的不同类型的投影透镜偏振传感器(B)。列出的三个主要的配置是基于光束通过投影透镜(PL)是一次、两次，还是三次。对于投影透镜偏振模块，除去被定位在掩模版水平面上的部件之外，一些附加的光学系统被定位在晶片水平面上。
A.照射器偏振传感器 在下面所述的实施例中，公开了主动式和被动式掩模版工具，其中，掩模版工具包括准直透镜和折叠反射镜。通过将从照射器接收到的光进行准直并将其沿着垂直于照射器的光轴的方向反射，所述掩模版工具具有相对低的总体高度，以使得所述工具具有与掩模版台相同的机械接口。这允许主动式或被动式掩模版工具被掩模版台上的生产掩模版简单地替代，而不用重新配置掩模版台。
1.主动式掩模版工具 根据本发明的一种配置，主动式掩模版工具40(见图4)包括具有主动式旋转推迟器的一个光学通道。从照射器射出的光入射到准直透镜CL上，并被棱镜PR1以90度角反射，通过正透镜PL1出射，并通过场阑(针孔)FS。然后，光通过正透镜PL2和旋转推迟器R，所述旋转推迟器R可以例如配置为四分之一波片。布儒斯特(Brewster)板(或“布儒斯特元件”)BP被用于偏振器，其中所述BP的角度被设置成布儒斯特角，以在通过一种偏振状态的光的同时反射另一种偏振状态的光。布儒斯特板BP可以配置用于从所述板的表面反射，或可以配置用作棱镜，所述棱镜在棱镜的内表面上反射偏振光。从BP的表面反射的光被反射离开反射镜M，并在进入棱镜PR2之前，通过透镜L1和L2，在所述棱镜中，光被向下引导到检测器D上。在一种配置中，检测器D是电荷耦合器件(CCD)芯片。掩模版工具40也设置有驱动电机MR，所述电机可以使光学系统转动。在其他配置中，其他类型的电机是可能的。
优选地，所述主动式掩模版工具被配置用于连接到光刻设备的掩模版台上，其中所述主动式掩模版工具可以与用于对衬底进行图案化的掩模版进行调换。另外，掩模版工具的整个光学系统优选地配置用于相对于掩模版工具的载板围绕z轴转动。通过旋转掩模版工具的光学系统，第一准直透镜将改变x和y位置。这被用于能够测量多个场点，以及用于组合偏振光瞳映射。在晶片扫描器中，掩模版工具被定位在掩模台上，所述掩模台设置成可以沿着y方向运动。支撑掩模版工具的掩模版台的沿着y方向的运动有助于在甚至更多的位置上进行测量。这意味着掩模版上的场点的主动旋转覆盖在x上的场(例如通过两个直流电机)，而现有的掩模版的y方向的运动用于沿着y方向定位通道。另外，提供专用的数据获取电子器件、电源和通信，以使得两个主动旋转可以实现。
照相机(例如，CCD芯片)可以被定位在掩模版形状的工具上，或者可以使用在晶片水平面上的照相机。
在该实施例中，掩模版工具40包括第一准直透镜CL和折叠反射镜M。通过准直所述光，并将其沿着垂直于照射器的光轴的方向反射，掩模版工具具有相对低的总体高度，以使得其具有与掩模版台相同的机械接口，即所述掩模版工具可以被定位在掩模版台上，所述掩模版台设置用于支撑生产掩模版，而无需改变。
该实施例的数据获取将相对简单。图像强度也不需要连续，以使得例如图像间断将不影响偏振状态的确定。
对于普通的技术人员，应当清楚，采用用于测量多个偏振状态的一个光学通道降低了校准的要求。另外，掩模版工具的校准可以采用限定的光源在机器外部进行。
旋转推迟器 图5(a)示出根据本发明的一种配置的包括旋转推迟器R的偏振传感器的一部分。在旋转推迟器(例如，四分之一波片)中，围绕其在至少四个角度上的轴线，所有入射光的推迟以相同的量受到影响(图5a)。旋转运动可以例如通过微型蜗轮结构实现。
在如图5(a)所示的实施例中，检测器是照相机C，但是也可以是光电单元或光电倍增管。应当理解，可以使用设置用于检测强度的任何检测器。
然而，其他装置，例如CCD照相机，可以被用于测量推迟器的转动。所述推迟器的转角不需要精确地操纵，这是因为所述转角可以例如通过将小径向标记放置在所述推迟器上，并将所述标记成像到照相机上而被检查。根据所述图像标记的位置，所述推迟器的精确的转动可以被得出，并可以在之后被修正。通过将小的径向标记放置在离推迟器的转动轴很大的径向距离之处，则即便CCD照相机的分辨率相对低，仍允许精确地确定推迟器的转动位置。
应当理解，为了平均化单次测量可能出现的角度位置误差，可以对推迟器的给定转角和掩模版工具的光学系统的给定转角进行重复测量。
在一种配置中，所述检测器被置于晶片水平面上。这表示在通过掩模版工具以后，光在到达检测器之前通过投影透镜系统。光在相同的位置(即投影透镜的横截面的相同的部分)上通过投影透镜系统，投影透镜系统的影响将相等。这是因为掩模版工具的偏振器相对于投影透镜系统具有相同的转动，以使得当光通过投影透镜系统时，光是恒定的。
图5(b)示出根据本发明的另一个配置所设置的弹簧加载推迟器50。在该情况下，两个独立的圆筒52中的每个设置有两个光学推迟器54。在所示的配置中，圆筒52可以彼此相对偏移，以产生用于使光(例如从左到右)通过的推迟器的四种可能的组合。这导致光的四种可能的旋转角度。
楔形棱镜 在另一种配置中，可以采用被固定到掩模版上的两个楔形棱镜(图6)来代替采用如上所述的主动式旋转推迟器，以引起辐射束的推迟。
2.被动式掩模版工具 双折射棱镜 在采用楔形棱镜的一个实施例中，四个薄双折射楔形棱镜BR和偏振器P被合并入成像偏振器(见图6)，以使得在检测器上生成网状的多个散乱边纹，例如视频照相机的CCD图像传感器。所述散乱边纹由通过所述楔形棱镜的光作为位置的函数被有差异地转动的事实造成。换句话说，每个楔形棱镜由某种材料制成的一对楔形件构成，所述材料的光轴在楔形件之间相互旋转(例如90度旋转)。考虑在棱镜内仅有一对楔形件，可知所述楔形件的物理厚度作为沿着给定方向的位置的函数变化(例如沿着第一楔形棱镜的y方向)。相应地，光学推迟的程度也沿着y方向变化，其中所述从楔形件发出的光的偏振方向作为y位置的函数变化。这导致平行于偏振方向的偏振光的分量作为y位置的函数变化，于是引起由偏振器通过的光强(仅仅平行于偏振器方向的光通过)作为y位置的函数变化。为了作为位置的函数改变转动的效果不被第二楔形件抵消，形成第二楔形件的晶体的光学方向相对于第一楔形件被旋转90度，以使得尽管沿着Y方向物理厚度是恒定的，但是有效的旋光度仍可能变化。所获得的散乱边纹的傅里叶分析提供用于确定偏振状态的二维分布的信息。没有机械或有源的元件用于分析偏振，而所有与对应于方位角和椭圆角的依赖空间的单频斯托克斯参数相关的所有参数可以根据单一帧确定。
在如图6所示的配置中，存在串行设置的两个楔形棱镜，所述两个楔形棱镜共包括四个楔形件，其中所述四个楔形件的快轴取向为0°，90°，45°和-45°。两个棱镜的楔角都被假定成足够小，使得在倾斜的接触表面上出现的推迟是可以忽略的。在检测器处检测得到的强度图案通常假定为沿着x和y方向变化强度的网格形状。强度网格的傅里叶分析允许在给定的场位置上通过针孔接收到的光的输入偏振状态的2维分布重构。通过恰当地选择楔角，可以优化2维偏振状态分布的测量分辨率，所述楔角确定出射光的偏振推迟多么迅速地随着x或y位置改变。
在一个实施例中，检测器被置于晶片水平面上。这意味着光在通过掩模版工具以后、到达检测器之前，将通过投影透镜系统。光在相同的位置(即投影透镜的横截面的相同的部分)上通过投影透镜系统，投影透镜系统的影响将相等。这是因为掩模版工具的偏振相对于投影透镜系统具有相同的转动，以使得当光通过投影透镜系统时，光是恒定的。
应当理解，为了平均化单次测量可能出现的角度位置误差，可以对推迟器的给定转角和掩模版工具的光学系统的给定转角进行重复测量。
在本发明的实施例中，被动式掩模版形状的工具包括多个光学通道。首先，如下文关于图8(b)和8(c)的进一步描述，优选地，至少四个不同的通道中的每个具有不同的推迟器转角，且被用于每个场点。另外，为了在x方向上选择场点，这些光学通道被复制并沿着x方向定位于掩模版上。存在的掩模版y方向上的运动可以被用于将不同的通道定位在y方向上。
因为不同的通道被用于测量一个场点处的偏振，这些通道(及其光路)应当被校准。
在由推迟器以固定的角度产生推迟以后、偏振光被测量之前，偏振光被分开的位置上，可以发现多个变体。这可以通过例如布儒斯特板BP(图7)或基于渥拉斯顿(Wollaston)棱镜的双折射棱镜BRFP(图8(a))实现。
布儒斯特板是以布儒斯特角(也被称为偏振角)操作的板。当光在两个折射率不同的介质之间移动时，相对于界面的p偏振光在一个特定的入射角(称为布儒斯特角)下不被界面反射。
可以根据下式计算 其中n1和n2是两种介质的折射率。
注意到，由于所有的p偏振光都被折射，所以在该角度下被界面反射的任何光必定是s偏振光。因此，在光束中以布儒斯特角放置的玻璃板可以被用作偏振器。
图10示出非偏振光波与表面的相互作用。对于以布儒斯特角入射的随机偏振光，反射和折射光彼此成90°。
对于在空气(n1≈1)中的玻璃介质(n2≈1.5)，可见光的布儒斯特角与法线大约成56°。给定介质的折射率依赖于光的波长而改变，但是通常不会变化太大。例如，在玻璃中在紫外(≈100nm)和红外(≈1000nm)之间的折射率差别为≈0.01。
渥拉斯顿棱镜是对于操纵偏振光十分有用的光学装置。其将随意入射的偏振或非偏振光分解成两个正交的线偏振输出光束。由于所述光束在空间上是独立的，因此这两个不同的光束的强度可以被检测器测量，并可以用于给出关于光的偏振的信息。例如，所述棱镜可以配置用于给出水平和垂直的偏振光束，其中在检测器处测量到的两个不同取向的光束的强度差别与斯托克斯参数S1相对应(如上所见)。
渥拉斯顿棱镜由两个正交的双折射棱镜(例如方解石棱镜)组成，所述两个正交的双折射棱镜在它们的基底上粘合在一起，以形成光轴相互垂直的两个直角三角形棱镜。出射光束从棱镜以由棱镜的楔角和光的波长确定的发散角从棱镜分开，给出两束偏振光。商业上的棱镜可以具有从15°到大约45°的发散角。
所述两个元件的消光比被估计为大于1∶300。
图8(b)示出根据本发明的一种配置所设置的被动式掩模版系统80。系统80包括3X4的偏振传感器模块82阵列。传感器模块82包括配置用于允许光进入传感器模块的场阑84。图8(c)示出偏振传感器模块82的细节。通过场阑84的光被反射离开反射镜86，通过固定的推迟器87，并被反射离开布儒斯特板偏振器(棱镜偏振器)，以通过准直器透镜89出射。掩模版系统80优选地配置成与在光刻工具中使用的掩模版是可以相互交换的。当工具80被放置在掩模版台中时，场阑82对不同的场点进行采样。在本发明的一种配置中，在一“行”中的四个传感器模块中的每一个配置有不同效果的推迟器。换句话说，测量从在一行中的所有四个传感器模块82出射的光的检测器接收经过四个不同的推迟量的光。所述掩模版系统优选地配置用于例如通过将x或y方向的运动应用到掩模版台上来在照射器的辐射场内平移。通过沿着平行于四个传感器模块行的方向施加平移运动，每个传感器模块可以截取公共的场点，并因此一系列的四个相应的测量可以对应于与所述行的每个传感器模块一一对应的一个测量而被记录。相应地，四个不同的推迟条件可以针对给定的场点进行记录。因此，在原理上，可以通过在每一行内的推迟器的合适配置，获得对应于每一行的位置的完整的偏振信息。优选地，每个偏振传感器模块设置有可以阻挡来自照射器的辐射的可移动快门，以使得单个传感器模块可以被指定以给定的时间接收来自照射器的辐射，同时辐射被阻挡以防止进入其他的传感器模块。
在如图8(b)所示的本发明的一种配置中，三行传感器模块82被以不对称形式设置在掩模版系统80上。在所示的示例中，每一行表示相对于照射器的固定的Y位置。因此，掩模版系统80可以被用于测量至少三个不同的Y场位置。通过交换用于具有相对于Y方向的行位置的不同配置的另一个3行系统的掩模版系统80，可以在交换一次掩模版的情况下测量总共6个不同的y位置。
在如图7和8(b)所示的本发明的配置中，例如，检测器可以被设置在准直透镜的附近。然而，在一种配置中，所述检测器被设置在晶片水平面上以接收被布儒斯特板反射后的辐射。在后者的情况下，反射光在被检测之前通过投影透镜。如下文所述，本发明的其他配置为对投影透镜的偏振的效果进行独立的测量而设置。
B.投影透镜偏振传感器 通常，投影透镜可以影响通过投影透镜的光的偏振状态。在光通过投影透镜之后的光的最终偏振也依赖于照射器偏振设定，且依赖于透镜的曝光位置。投影透镜对于偏振状态的贡献可以采用在掩模版水平面上(在主动式或被动式掩模版上)的照射器偏振传感器和附加的光学系统进行测量，所述附加的光学系统处理在掩模版和/或晶片水平面上的偏振。图9a-c示出三种配置，包括单次通过系统、两次通过系统和三次通过系统。为了方便起见，仅仅示出通过透镜中心的一条光路。优选地，在测量投影透镜的偏振贡献之前，由照射器偏振传感器限定和精调标准的照射器偏振状态，因此，输入偏振状态(进入投影系统的光的偏振状态)被精确地知晓。在本发明的一个方面中，使用至少四个(以斯托克斯矢量的方式)被限定好的输入偏振状态。
单次通过系统 对于单次通过系统(见图9(a))，具有已知偏振状态的照射器IL的光在掩模版水平面上通过针孔P，接着通过投影透镜PL、可选的旋转推迟器(未示出)并然后通过在晶片水平面上的偏振器P，所述偏振器P定位在位于晶片水平面WS上的照相机C上方很小的距离处。在一种配置中，光在进入偏振器之前，通过准直器和旋转推迟器(未示出)。
图9(b)示出采用两次通过系统的本发明的一种配置。光在被位于晶片水平面上的反射镜反射之后第二次通过投影透镜，并通过旋转推迟器(为了简明而未示出)以及位于掩模版水平面上的偏振器P，其中照相机检测偏振光的强度。该晶片水平面反射镜M使沿着(x，y)(水平)方向的入射光束偏移，以便反射束可以被掩模版水平面上的反射镜接收到，之后被照相机检测。例如，这可以通过将晶片水平面反射镜设置为立方体边反射镜来实现。保持x-y偏移最小，以确保光第一次和第二次通过投影透镜所遵循的穿过透镜的光路是大致相同的。换句话说，入射到晶片水平面反射镜M上的光可以在反射镜水平面上水平地稍稍偏移，并沿着与入射光相反但大致平行的方向被反射。以这样的方式，在投影透镜PL内的光路长度、方向和位置对于入射和反射光束是基本相同的。用于产生大致相似的入射和反射光束的能力依赖于掩模版水平面上的反射镜相对于其余的光学零件的位置和对准度。精确确定掩模版水平面上的反射镜相对于其余的光学零件的位置和对准度可以在晶片扫描器的外部预先完成。在两次通过的配置中，不需要将检测器/偏振器系统定位在晶片台水平面上，如图9(b)所示。
在另一种两次通过的配置中，照射到晶片水平面反射镜M上的第一光束被朝向掩模版水平面、作为第二光束反射回来，而不需要在晶片水平面上进行任何大的x-y平移，由此大致与第二光束交叠。在该配置中，第二光束获得与第一光束不同的光学特性，以使得第二光束可以被引导到偏振器和照相机，如图9(b)所示。例如，进而如图9(d)所示，偏振分束器PBS被设置在被提供在掩模版上的针孔PS下面。在一个示例中，进入分束器PBS的随机偏振光1在离开偏振分束器之后是Y偏振的2。在射出分束器之后，光通过推迟器R(例如四分之一波片)并假定为圆偏振光，如图9(d)中右旋圆偏振光3所示。在被晶片水平面反射镜M反射之后，光假定为左旋圆偏振光4，通过四分之一波片传播，并成为x偏振的5，以使得光从分束器PBS反射到设置在掩模版水平面上的检测器D。相应地，反射光不需要在晶片水平面上沿着x-y方向被平移，以便被掩模版水平面检测器检测到。注意到，投影透镜通常可以影响圆偏振光，以使得光成为椭圆偏振的，从而进入四分之一波片的光4可能是椭圆偏振的，而不是圆偏振的。然而，这种效应可以被考虑并在实际上提供关于对投影透镜的偏振的影响的信息。
在采用三次通过系统的本发明的配置中(见图9(c))，光三次通过投影透镜。在如图9(c)所示的配置中，光在被晶片水平面上的反射镜M第一次反射之后，光被位于掩模版水平面上的反射镜M2第二次反射，在此之后，光被反射镜M3朝向晶片台反射回来，通过偏振器P，并由偏振器P进行处理，并由位于晶片水平面WS上的检测器(例如照相机C)测量。如图所示，偏振器不需要位于晶片水平面上的检测器附近，而是可以位于掩模版水平面上。
另外，可以使用具有允许第一光束在不发生任何水平偏移的情况下被反射的光学元件的三次通过系统，如上面对于两次通过配置的描述。
如图9(b)和9(c)所示，几乎用于实现投影透镜偏振测量的所有光学元件都被包括在掩模版工具中，以使得它们在不进行测量时不需要存在于晶片扫描器中。掩模版工具可以被拿到晶片扫描器外，例如用于对所述工具上的两个光学反射镜的位置进行校准。这将增加测量质量。
在所有三种系统(单次通过、两次通过和三次通过)中，准直透镜(未示出)可以被用在偏振器的前面。这降低了偏振元件在高NA值下对入射光具有小的推迟误差的要求。
单次通过系统具有在晶片水平面上采用现有的照相机的优点。两次通过系统在掩模版水平面上采用分立的照相机。如图9(b)所示的两次通过配置的一个优点是大多数光学部件，包括带有针孔的掩模版、偏振器、照相机、掩模版水平面反射镜(但不包括晶片台反射器(反射镜))，可以配置成可加载的掩模版形状的工具的一部分。由于晶片水平面上的照相机没有被使用，所以所述反射器可以被定位在晶片台上的任意位置上。
还应当注意，在如图9(c)所示的三次通过系统的配置中，由投影透镜施加的测量到的偏振效应基本上与两次通过配置相同。换句话说，在9(b)和9(c)中的偏振器被定位用于截取两次通过投影透镜之后的光。一旦光如图9(c)所示射出偏振器，由检测器测量的偏振光的强度不应当对光是否通过投影透镜敏感。
对于本领域内的普通的技术人员，应当理解，在不偏离本发明的精神或实质特征的情况下，本发明可以以其他具体的形式实现。因此，在此公开的实施例在所有方面都被考虑成说明性的，而不是限制性的。例如，本发明也应用到晶片步进机或用于平板显示器、印刷电路板(PCB)等的光刻设备上，所述晶片步进机是很类似于晶片扫描器光刻设备。本发明也应用到反射式光学元件上。
在此包含了在本发明的等价物的含义和范围内出现的所有改变。
基于在此公开的本发明的说明书和实现方式，本发明的其他的实施例、使用和优势对于本领域的技术人员是显见的。所述说明书应当仅仅被考虑为示意性的，而本发明的保护范围相应地仅仅被所附的权利要求所限制。上述描述是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员，应当理解，在不偏离所附的权利要求的保护范围的情况下，可以对所述本发明进行修改。
图11示意性地示出根据本发明的实施例的光刻设备。如图11所述的设备包括照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束PB(例如，紫外辐射或极紫外辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位器PW相连；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
支撑结构支撑所述图案形成装置，即承担所述图案形成装置的重量。其以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广泛地理解为能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底目标部分上所需的图案完全相对应(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语“投影系统”广泛地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射合适的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在将一个或更多个其他台用于曝光的同时，在一个或更多个台上执行预备步骤。
所述的光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有高折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以便填充投影系统和衬底之间的空隙。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域内是公知的。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。
参照图11，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。所述照射器也控制辐射的偏振，这不需要在光束的横截面上具有均匀性。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的辐射路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位器PM和另一个位置传感器IF(图1中未明确示出)用于将掩模MA相对于所述辐射束B的辐射路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以通过形成所述第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对齐标记可以位于所述管芯之间。
可以将所述设备用于以下模式的至少一种 1.在步进模式中，在将赋予到所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将掩模台MT和所述衬底台WT保持为基本静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
本发明的另一个实施例如图12所示，示意性地示出用于测量在掩模版水平面上的投影辐射的偏振状态的布置。示出了如图11所示的照射器IL和投影系统PS。在掩模版水平面上，可调整的偏振改变元件10被插入辐射束路径中，位于检偏器12之前。在所述示例中，检偏器12是在第一固定的旋转方向上的线偏振器(例如分束器立方体)，以仅传递具有沿着具体方向的电场矢量的辐射分量。偏振改变元件10是推迟器或推迟板，而且在实施例中，是用于照射辐射的特定波长的四分之一波片。四分之一波片在入射辐射的正交线偏振分量之间引入了B/2的相对相移。这可以将合适取向的线偏振辐射转变为圆偏振辐射，反之亦然。通常，其将普通的椭圆偏振光束转变成不同的椭圆偏振光束。
偏振改变元件10是可调整的，以使得所引起的偏振改变可以变化。在一种形式的调整中，偏振改变元件10是可旋转的，以使得其主轴的取向可以被调整。在该示例的另一种形式中，偏振改变元件10可由多个不同取向的偏振改变元件所替代，所述多个不同取向的偏振改变元件中的每一个可以被插入到辐射束路径中。偏振改变元件10可以是可彻底去除的，和可以由不同取向的偏振改变元件10所替代，或者多个不同取向的偏振改变元件可以被整体设置在类似掩模版的载板上(例如以阵列形式)。然后，通过平移所述载板，对应于任何特定的场点的偏振改变元件可以被调整。
在本发明的所述实施例中，在辐射通过投影系统PS之后，提供用于检测辐射强度的检测器14。检测器14可以是设置在衬底台上的预先存在的检测器。一种形式是测量在特定场点上的辐射强度的光点传感器。另一种形式是为波前测量所提供的CCD照相机。所述CCD照相机可以在投影系统的焦平面上设置有小洞或针孔，以选择所需的场点。然后，CCD传感器自身离焦，以使得CCD的每个像素检测已经穿过通过投影系统的特定路径到达所述场点的辐射；换句话说，每个像素对应于投影系统的光瞳平面(或照射器的光瞳平面)上的点。
可旋转的四分之一波片在椭圆偏振场中在线偏振器和检测器之前的配置是公知的，以便产生输入辐射(例如在掩模版水平面上的辐射)的偏振状态。多个强度测量以不同的旋转取向的四分之一波片进行，且这些可以被转换用于根据合适的基(例如斯托克斯参数)量化所表示的偏振状态，以提供表征辐射的斯托克斯矢量。关于椭圆偏振和获得斯托克斯参数的更多细节内容可以在任何合适的光学教科书中找到，例如Principles of Optics，M Born & E Wolf，Seventh Edition，Cambridge University Press(1999)。对应于四分之一波片的三个旋转位置，需要至少三个光强测量。尽管存在四个斯托克斯参数，但是在它们之间有一些冗余，所以三个测量可以至少相对于辐射的总体强度的归一化确定它们。
根据本发明的实施例，控制器16接收来自检测器14的测量，所述测量可以结合偏振改变元件10的调整的控制和/或检测(例如其旋转取向)，计算每个光瞳像素的偏振状态(例如斯托克斯参数)。所述检测器可以被移动以及对于不同的场点进行重复测量。
产生关于当检测器14不紧跟在检偏器12后面(这种位置是理想的检测器位置)时，测量仍可以怎样进行。替代地，存在具有未知的偏振作用的投影系统PS。然而，应当理解，检偏器12紧跟在偏振改变元件10的后面；而因为检测器14对于偏振变化不敏感，所以在检偏器12和检测器14之间存在另外的部件不成问题。所述情形可以以如下方式考虑。如果从偏振改变元件10出射的辐射具有由斯托克斯矢量Sin表示的偏振状态，则在检偏器12之后的偏振状态称为Sout，可以通过Sin乘以缪勒矩阵Mpol被找到，所述缪勒矩阵Mpol表示检偏器12(线偏振器)的操作。可以任意选择坐标系，以使得检偏器12是在X方向上的偏振器。因此，在理想检测器位置上的辐射的偏振状态(斯托克斯矢量)表示如下 由检测器测量到的辐照度由斯托克斯矢量的第一元素给定，并为 在此，对于如图12所示的实际情况，我们可以采用通常的缪勒矩阵Mgen表示投影系统的效果和检测器的实际上的任何非理想因素。
因此，由检测器测量到的辐照度为 因此，除去因子(m11+m12)之外，这与在理想的检测器紧跟在检偏器后面的先前结果相等，其中m11和m12是表示投影系统的缪勒矩阵的元素。因此，由检测器14进行的测量除去恒定的因子之外没有被影响，且因为所述因子在椭圆偏振的计算中被抵消，所以不需要知道该因子的值。因此可以完全地确定偏振属性，例如在掩模版水平面上的偏振度和偏振纯度。投影系统的影响通过具有在掩模版水平面上的偏振器12几乎完全消除；仅仅光强被替换。于是，偏振改变元件10、检偏器12和检测器14一起包括照射偏振传感器，所述照射偏振传感器具有位于晶片水平面上而不是掩模版水平面上的检测器。
如上所述，不需要知道因子(m11+m12)的值。然而，具有该信息是有用的，尤其是当该因子的值在光瞳面积上不恒定时。如果其随着光瞳面积而变化，则运算器不能给出这是由于投影系统的偏振属性造成还是由于照射辐射中的缺陷造成的。例如，在与切向偏振结合的四极照射方式条件下，两极可以显得比另两极亮度低。这也可能由照射系统中的不对称度造成，或者由投影系统的残余线偏振效应造成。通过确定原因，可以进行合适的修正。为了确定所述原因(所述不对称度或所述残余偏振效应)，检偏器12被旋转到第二固定旋转取向，并再次测量斯托克斯参数。根据两组测量值，可以辨别作为分立实体的投影系统和照射系统的贡献。
图13示出本发明的另一个实施例。在该示例中，偏振改变元件10和检偏器12被集成到载板18中，所述载板18可以替代掩模版被插入光刻设备中。来自照射器的辐射20入射到针孔22上，所述针孔包括在形成在载板18的上表面上的不透明层(例如铬)中的孔洞。在实施例中，偏振改变元件10是四分之一波片(例如用于最小化其厚度的低阶四分之一波片)，并可以由合适的材料制成(例如石英)。在本实施例中，检偏器12不简单地阻挡或吸收一个线偏振分量，而是替代地为所设置的由双折射材料制成的棱镜，以使得两个正交的线偏振分量是空间独立的，换句话说，所述检偏器12是偏振分束器。根据一种形式，所述棱镜包括相互接触的双折射材料晶体的两个楔形件，但是在一个楔形件中的晶体的主光轴的取向是沿着X方向，而在另一个楔形件中，晶体的主光轴的取向是沿着Y方向(即以渥拉斯顿棱镜的形式)。用于制作棱镜并可以用于短波长照射辐射的合适的双折射材料是磷酸二氢钾(KDP)。
作为检偏器12的偏振分束器的作用是当从下面观察照射辐射时，看到两个针孔彼此相邻，来自一个针孔的辐射是沿着X轴偏振的，而来自另一个针孔的辐射是沿着Y轴偏振的。可能为检测器的组成部分的第二针孔24可以被定位在投影系统的焦平面上，以选择性地传递第一针孔22的一幅偏振图像并阻挡来自其他处的辐射。离焦检测器14(例如CCD)测量与投影系统和照射器的光瞳平面上的位置相对应的多个像素的强度。
对于没有被第二针孔24传递的一幅偏振图像，设备可以被以与图12所述完全相同的方式使用，以确定在掩模版水平面上的照射辐射的偏振状态。载板18可以设置有多个针孔22、偏振改变元件10和检偏器12，所述偏振改变元件10处于不同的旋转取向，例如其快轴沿着X方向、沿着Y方向以及沿着与X和Y方向成45°的方向。通过平移载板18，对应于特定场位置的偏振改变元件可以被调整，椭圆偏振测量可以如之前所示进行。移动第二针孔24以选择正交偏振辐射相当于将图12的检偏器12旋转90°。于是，可以容易地进行进一步的测量以获得表征辐射的偏振状态的信息。如在前面参照图12进行的解释，采用第二针孔24选择两个不同的偏振，能够将投影系统和照射器的贡献分开，但是在这种情况下，不一定需要具有可旋转的、或可去除的/可更换的检偏器12，这是因为在图13中用作检偏器12的所述偏振分束器同时实现两个正交线偏振器的功能。
在此将描述用于测量投影系统的偏振属性的本发明的另一个实施例。已经提出一种采用称为“切变干涉仪”的原理的投影系统的波前像差测量系统。根据这种方案，来自图案形成装置的水平面上的特定位置的辐射束的不同部分沿着不同路径通过投影系统移动。这可以由位于照射系统和投影系统之间的辐射束中的衍射元件来实现。衍射元件(例如光栅，也称为物方光栅)衍射辐射并将其散播出去，以使得所述辐射沿着多个不同的路径通过投影系统。通常，衍射元件位于图案形成装置(例如掩模)所在的水平面上。衍射元件可以是光栅或可以是具有合适尺寸的特征的阵列，并可以被设置在暗场掩模版中的亮区域内，所述区域相对于投影系统的物方场尺寸是小的(即，足够小，以使得图像像差基本上不依赖于所述区域中的物点的位置)。这种区域可以被实现为针孔。如上所述，针孔可以具有在例如所述物方光栅、或衍射特征(例如光栅图案或棋盘状图案)内的一些结构。然而，在原理上这是可以选择的(例如，在本发明的第一个实施例中，针孔可以被用于选择场的一小部分，且在实施例中，在针孔内没有结构)。针孔及其可选的内部结构的功能是限定预先选择的、在投影系统的光瞳中具有互相干的局部最大值的互相干，由此，所述预先选择的互相干通过所述针孔及其结构的空间傅里叶变换与所述针孔及其可选的内部结构相关联。关于针孔内的图案的进一步信息可以从美国专利申请公开物No.US2002-0001088得到。一个或更多个透镜也可以与衍射元件相关联。位于照射器和投影系统之间的投影束中的组件作为整体，在此后将被称为源模块。
参照图14，示出用于本发明的实施例的源模块SM。其包括针孔板PP，所述针孔板PP是石英玻璃板，所述石英玻璃板在一侧上具有与掩模版相同的不透明的铬层，并在所述铬层中设置有针孔PH。其也包括用于将辐射聚焦到针孔上的透镜SL。在实际中，提供对应不同的场位置和不同的狭缝位置的针孔和透镜阵列，且所述透镜可以被集成在所述针孔板的顶部。所述源模块理想地应当在宽范围的角度内产生辐射，以使得投影系统的光瞳被充满，或实际上被溢出，以进行数值孔径的测量，而且，在实施例中，光瞳的填充应当是均匀的。使用透镜SL可以实现溢出，并也增加辐射强度。针孔PH将辐射限制到所述场内的具体位置上。用于获得均匀的光瞳填充的可选方式是采用在针孔板顶部上的散射板(例如被蚀刻的底层玻璃板)，或者微透镜阵列(类似于衍射光学元件DOE)或者全息散射器(类似于相移掩模PSM)。
已经穿过源模块和投影系统的辐射然后照射到另一个衍射元件GR(例如针孔或光栅，称为像方光栅)上。参照图14，另一个衍射元件GR被安装到载板CP(例如由石英制成)上。所述另一个衍射元件作为“切变机构”使用，所述“切变机构”生成可以(通过将被衍射的级与互相干的所述局部最大值相匹配)进行相互干涉的不同的衍射级。例如，第0级可以与第1级进行干涉。所述干涉导致图案，所述图案可以被检测器检测到，以揭露关于像场中的特定位置上的波前像差的信息。检测器DT可以是例如CCD或CMOS照相机，所述照相机不采用抗蚀剂，而以电子方式捕捉图案的图像。另一个衍射元件GR和检测器DT将被称为干涉仪传感器IS。常规地，所述另一个衍射元件GR位于最佳聚焦的平面上的衬底水平面上，以使得所述衍射元件位于相对于源模块SM中的前述衍射元件的共轭平面上。检测器DT在所述另一个衍射元件GR下面，并与其间隔开。
在光刻工具上实现的干涉仪波前测量系统的一种所有形式被称为ILIAS(商标)，其为扫描器中的集成透镜干涉仪的英文缩写。该测量系统被常规地设置在光刻投影设备上。关于这种设置在光刻扫描器设备上的干涉仪系统的更多信息可以从美国专利申请公开物no.US2002-0001088和美国专利no.US6,650,399B2中获得，这两个专利文件以引用的方式整体并入本文中。
干涉仪传感器主要测量波前的导数相位(derivative phase)。所述检测器自身可能仅测量辐射强度，但是，所述相位可以通过采用干涉被转换成强度。大多数干涉仪需要辅助的参考束，以形成干涉图案，但是这在光刻投影设备中很难实现。然而，没有所述需求的一类干涉仪是切变干涉仪。在横向切变的情况下，在波前和原始波前的横向平移(切变)的复制之间出现干涉。在本实施例中，所述另一个衍射元件GR将波前分成彼此相对稍稍平移(切变)的多个波前。观察到在它们之间的干涉。在该情况下，仅仅第0和第+/-1衍射级被考虑。干涉图案的强度涉及在第0和第1衍射级之间的相位差。
可以示出由下列近似关系给出的强度I 其中E0和E1是第0和第1衍射级的衍射效率，k是相位阶跃距离，p是光栅周期(以波为单位)，W为波前像差(以波为单位)且ρ为光瞳中的位置。在小切变距离的情况下，波前相位差近似于波前导数。通过在源模块SM相对于干涉仪传感器IS的稍稍平移的情况下进行连续的强度测量，所检测到的辐射强度被调制(在上述等式中的相位阶跃因子k/p被改变)。经过调制的信号的第一谐波(具有作为基频的光栅周期)对应于感兴趣的衍射级(0和+/-1)。相位分布(作为光瞳位置的函数)对应于感兴趣的波前差。通过在两个大致垂直的方向上的切变，在两个方向上的波前差被考虑。
幅度测量也可以如上述对于波前的相位测量那样进行。这些通过采用在掩模版水平面上的具有经过校准的角强度分布的源完成。一个示例是采用有效的点源(具有小于所采用的辐射的波长的尺寸)阵列，其中每个点源具有这样的强度分布，所述强度分布在投影系统的光瞳内存在的实体角度范围上是有效地均匀的。其他的源也是可能的。然后，检测到的强度的变化可以与沿着特定的传输路径通过投影系统的衰减相关联。关于幅度测量和获得投影系统的角传输属性(也称为变迹)的进一步信息在美国专利申请no.US10/935,741中给出，所述专利申请文件以引用的方式整体地并入本文中。
根据本发明的一个方面，采用偏振辐射源实现上述波前测量(相位和幅度)。如图14所示的一个实施例是将偏振器30(例如分束器立方体)合并入源模块SM；替代的实施例将使用独立的离散可插入式偏振器，例如在照射器或掩模版水平面上是可插入的。不需要对干涉仪传感器IS进行修改。
对于设置用于提供沿着X方向的切变的切变干涉仪，首先采用一个方向(例如X方向)上的线偏振源辐射测量波前Wxx。然后，旋转或交换/平移偏振器或源模块，以使得辐射是在沿着Y方向线偏振的，且之后测量新的波前Wxy。为了方便起见，单源模块载板可以设置有非偏振的、X偏振的和Y偏振的源结构，并作为通常的掩模版加载。掩模版台能够沿着扫描方向自由移动，于是，对于每个场点(垂直于扫描方向)，可以提供非偏振的、X偏振的和Y偏振的源结构。
对于光学元件的偏振辐射或者光学元件的组合(例如投影系统)的影响，可以由琼斯矩阵表示。入射和出射的电磁辐射的电场矢量的X和Y分量由如下琼斯矩阵相关联 对于光刻设备投影系统，合理地假定琼斯矩阵中对角线以外的元素相对于对角线元素很小(即实际中视为0)，换句话说，仅有很小的X和Y偏振状态的串扰出现。因此，采用X偏振源使得对角线元素Jxx根据波前测量被确定，且采用Y偏振源使得对角线元素Jyy根据波前测量被确定。因为琼斯矩阵的每个元素通常都是复数，所以波前的相位和幅度测量都是需要的。
对于具体的场点，琼斯矩阵可以针对投影系统中的每个光瞳点计算(每个琼斯矩阵对应于对遵循通过投影系统的特定路径的辐射射线的偏振的作用)。源模块和干涉仪传感器可以被移动到不同的场点，并获得一组琼斯矩阵。于是场点和光瞳点的每个组合具有其自身的具体的琼斯矩阵。
一个担心之处可能在于，在用于确保投影系统的光瞳被溢出的源模块中的装置(例如散射器)可能导致偏振状态的混合。然而，因为小角度的散射器的特征长度数值量级典型地为大约0.05mm，所以预期上述问题并不会有很大的影响。然而，即使混合出现，这也可以通过结合X和Y波前测量以及解一组线性方程而被直接地弥补。假定一定比例a的偏振混合在源模块内出现，则可得下面的等式组 Wx_meas＝(1-a).Wx+a.Wy Wy_meas＝a.Wx+(1-a).Wy(7) 混合因子a可以在理论上或通过校准(离线进行)得到，并之后所述等式可以被求解，以得到所需的X和Y偏振波前Wx和Wy。如果所采用的偏振器不能产生满意的偏振纯度，则也可以采用相同的工序。
在衬底水平面上的辐射束的偏振状态的表示可以基于所需的目标偏振状态的具体情况进行。方便的度量被定义为偏振纯度(PP)或在目标的或优选的偏振状态中的偏振辐射的百分比。在数学上，偏振纯度(PP)可以被定义为 PP＝|ETarget·EActual|(8) 其中ETarget和EActual是单位长度的电场矢量。
尽管PP是有价值的度量，但是其不能完全地定义照射辐射。一定比例的辐射可能是未定义的或去偏振的，其中电矢量在超过观察周期的时间框架内旋转。这可以被归为非偏振辐射。如果辐射被考虑成具有强度Ipolarized的偏振辐射和具有强度Iunpolarized的非偏振辐射的总和，由此总强度是Itotal，则能够以下面的等式定义偏振度(DOP) DOP可以被用于考虑非偏振部分。由于非偏振(以及偏振)辐射可以被分解成2个正交的状态，所以用于作为DOP和PP的函数的优选偏振状态中的总强度(IPS)的等式可以被导出，即， 在本发明的另一个实施例中，与图14相关的上述实施例的测量方法被设置用于检查和计算IPS的空间分布。如在前面的实施例中，首先采用在X方向上线偏振的源辐射以及采用具有取向平行于Y方向的线和间隔的像方光栅测量波前Wxx，以使得可以在投影系统的光瞳上获得沿着X方向的波前切变。然后，偏振器30被旋转或交换/平移，以使得所述辐射是沿着Y方向线偏振的，进而，物方光栅如前所示被设置用于在投影系统的光瞳上提供沿着X方向的波前切变，然后，测量对应的线偏振波前Wxy。
例如，具有X偏振的第一针孔PH1被用于波前Wxx的空间分解像差测量。通过另一个针孔PH2、Y偏振以及与设置有针孔PH1的情况相同的光栅取向，所述过程被重复。这导致波前Wxy的第二波前像差测量。所述测量结果可以被用于在光瞳中空间分解计算琼斯矩阵以及在优选状态中的强度(IPS)。
在下文中，进行所述测量的更详细的描述。在典型的切变干涉仪中，波前的相位(x，y)被采用针孔PH中的物方光栅和切变光栅进行测量，所述物方光栅用于在投影系统的光瞳中提供预先选择的空间相干性。所述切变光栅是上述像方光栅GR。光栅GR将不同的衍射级一起聚集在检测器DT上。检测器DT将检测随着光栅GR相对于光瞳的平移振荡的强度。振荡幅度也被称为对比度，而平均强度(在幅度0处)也被称为直流信号。
切变干涉仪像差测量方法包括在光栅GR处衍射的电场的混合(即相干叠加)，所述电场包括第0级衍射电场和第一级衍射电场。第0级和第1级衍射电场是在投影系统的光瞳处的电场的图像，并分别由投影系统的光瞳中的光瞳位置(x，y)上的电场E0(x，y)和在“相邻”的光瞳位置(x+dx，y)上的电场E1(x+dx，y)表示。
在此，所述电场是标量场(具有相同的偏振状态，而不依赖于光瞳中的X、Y坐标)，而下标表示在光栅GR上的衍射级；偏振的矢量属性在下面进行介绍。如果在波前上恒定的项被进行因式分解，可得 E0(x，y)＝A0(x，y)exp[i(x，y)].以及 E1(x+dx，y)＝A1(x+dx，y)exp[i(x+dx，y)].(11) 检测器DT测量如下给定的强度I(x，y) I(x，y)＝(E0+E1)(E0+E1)*＝A02+A12+2A0A1cos[(x+dx，y)-(x，y)](12) 强度I(x，y)随着与两个场E0和E1之间的相位差相关的余弦变化。注意到，A0＝A0(x，y)和A1＝A1(x+dx，y)；引入更短的符号使得所述公式更清晰。波前测量包括测量通过引入额外的“阶跃”相位的变化step的余弦行为。在每个阶次上，测量在检测器DT的一个像素处的新的强度值。在已经以step＝k×(2π/8)，k＝1，2...8阶跃8次以后，得到以下8个测量 I1(x，y)＝A02+A12+2A0A1cos[d(x，y)+1×(2π/8)]， I2(x，y)＝A02+A12+2A0A1cos[d(x，y)+2×(2π/8)]， · · · I8(x，y)＝A02+A12+2A0A1cos[d(x，y)+8×(2π/8)].(13) 从这8个数据点中，可以求解出相位d(x，y)＝(x+dx，y)-(x，y)。替代地，可以依赖于信号/噪声的限制，采用或多于八个数据点或少于八个数据点。对应于光瞳位置(x，y)的检测器DT的每一个适合的像素的匹配导致波前相移的全映射d(x，y)。
为了描述双折射(例如，随着在投影系统的透镜元件中出现)，将包括电场的矢量属性。假定切变光栅GR是非偏振的，使得仅仅光栅GR的上游的辐射矢量属性被分析。在此，

和

都具有平行于正交的X和Y方向的X和Y分量

以及 (14)
额外的相位ret(x，y)描述了由于例如双折射造成的每个电场的Y分量之间的相位推迟。在X分量之间的相位推迟被之前引入的相位差(x，y)吸收。以检测器DT的检测器像素测量的强度被给出
其中A0x＝A0x(x，y)等。
所述结果可以被写作 I(x，y)＝A0x2+A1x2+A0y2+A1y2+2ABF2cos[d-dBF]，(17) 其中
以及
额外的“双折射项”dBF(x，y)已经在余弦中出现。所述额外的相位通过切变干涉仪的像差测量而被检测，并随后由以正交的归一化泽尔尼克(Zernike)函数表示波像差的泽尔尼克系数进行加权。
根据本发明的一个方面，电场

的偏振状态从强度I(x，y)的干涉仪测量获得。所述偏振状态完全由

的斯托克斯矢量定义，其由下式给定
根据本发明的另一个方面，对于两个对应的I(x，y)测量，I(x，y)的测量包括为照射到针孔PH中的物方光栅上的辐射选择两个不同的预先选择的偏振状态的步骤。
在下文中，假定穿过投影系统的辐射是完全偏振的，使得E0(x,y)的偏振度DOPE0为1 当DOP＝1时，在优选状态中的强度(IPS)等于偏振纯度(PP)。进而，优选的偏振状态被定义为完全X偏振和完全Y偏振；这些偏振状态对应于用于增强光刻印刷工艺的分辨率的优选照射方式。IPS的对应的值是 和(22) 假定在投影系统的光瞳中的预先选择的位置(xp，yp)上的琼斯矩阵是已知的。例如，可以假定，对于沿着投影系统的光轴的轴光线，琼斯矩阵是单位矩阵。于是，电场

在穿过掩模版和投影系统之后保持不变。在本实施例中，通过采用带有源模块SM的偏振器30，

在掩模版水平面上被设置成沿着X方向线偏振的，以使得在作为酉矩阵的琼斯矩阵的假定下，A0y＝0。根据等式17-19，以下参数在此可以在切变干涉仪中被测量 dBF，x＝arctan
＝0，(24-1) ABF，x2＝A0xA1x，x，且(24-2) DC，x＝A0x2+A1x，x2+A1y，x2.(24-3) 在此，标记“，x”表示入射的线性X线偏振。例如当入射的X偏振辐射被用于掩模版水平面上时，A1y，x是第一级衍射电场的Y分量的幅度。接着，随着

的偏振布置在掩模版水平面上被设置成沿着Y方向的线偏振，再次通过使用在沿着Y方向与偏振的方向对齐的源模块中的对应偏振器30，重复干涉仪切变测量。与前面的测量类似，A0x＝0。根据通用等式17-19，在此可以采用切变干涉仪测量以下参数 dBF.y＝arctan[tan[dret]]＝ret，y(x+dx，y)，(25-1) ABF.y2＝A0yA1y，y，以及(25-2) DC，y＝A0y2+A1x，y2+A1y，y2.(25-3) 再者，“，y”下标被用于表示在掩模版水平面上的入射辐射的线性Y偏振，例如，当采用Y偏振辐射入射时，A1x，y是第一级衍射电场的X分量的幅度。在原理上，可以确定对于入射的X偏振和入射的Y偏振的

的全偏振状态。
干涉图案的对比度与由等式24-2和25-2所述的强度振荡的幅度相关。因此，实体ABF2的测量称为“对比度”测量。进而，干涉散边乱纹图案的“直流”分量由24-3和25-3描述。相应地，DC，x和DC，y的测量被称为“直流(DC)”测量。所述对比度和DC测量导致具有四个未知量A1x，x，A1x，y，A1y，x，A1y，y的4个等式。
位置(xp+dx，yp)在光瞳中可以被称为第一位置(x1，y1)。上述测量过程可以在以x2＝x1+dx，y2＝y1从第一位置到第二位置的过程中被重复，以确定对应的幅度A2x，x，A2x，y，A2y，xA2y，y，并再次使用等式17-19(分别用1和2替代下标0和1)，以获得具有四个未知量A2x，x，A2x，y，A2y，x，A2y，y的四个等式。类似地，可以产生沿着Y方向的切变(通过采用具有取向为平行于X方向的线和间隔的像方光栅GR，以使得在投影系统光瞳中获得沿着Y方向的波前切变)。这使得从类型x2＝x1，y2＝y1+dy的第一到第二位置的迁移能够实现。
到相邻位置的任何这种迁移可以被重复任意多次，每次确定幅度Aix，x，Aix，y，Aiy，x，Aiy，y(其中i＝1，2，3等)，由此，通过积分有效地绘出偏振状态的空间分布。在使用等式22和23的情况下，IPS的对应的空间分布可以获得；例如，IPSx(x，y)的分布可以通过将等式22中的A0x、A0y的测量值替换为Aix，x、Aiy，x求出。
在本实施例中，偏振器30的两个不同的设定包括沿着切变方向的线偏振和垂直于切变方向的线偏振。然而，根据本发明的一个方面，可以使用偏振器30的附加设定。通过提供具有偏振器30的源模块SM，上述DC和对比度测量还可以以不同于X线偏振或Y线偏振的掩模版水平面上的偏振被执行，所述偏振器30被设置成相对于切变方向呈不同于0或90度的角度的线偏振。这种附加的测量可以被用于提高求解如上所述的对应电场幅度的等式的过程的精度，或者可以被用于在DOP＜1的情况下获得关于存在非偏振辐射的信息。
根据本发明的另一个实施例，琼斯矩阵分布可以以类似的方式被测量。正如在前面的实施例中所示，假定DOP＝1，以使得描述用于穿过投影系统的辐射的偏振状态改变的传递函数可以被表示为复数的2×2琼斯矩阵的空间分布。正如在前面的实施例中所示，通过测量干涉仪的混合数据(例如所述DC分量和对比度)以及通过测量d确定未知的电场幅度。
对于两个输入偏振状态(例如在前面的实施例中所示的X线偏振和Y线偏振)，重复这些测量。假定在琼斯矩阵已知的光瞳中存在单点。例如，可以假定琼斯矩阵对于投影系统的光轴上的点是酉矩阵。
接着，在所有其他光瞳点上的琼斯矩阵可以由类似于前面的实施例中所述的迭代而获得。由于琼斯矩阵的四个矩阵元素中的每一个具有实部和虚部，所以存在8个未知量，对于所述未知量需要求解8个等式。6个等式通过将干涉仪的强度数据对等式24-1、24-2和24-3以及等式25-1、25-2和25-3进行拟合而提供。对于不存在与其他衍射束的干涉的第一级衍射束，通过对于入射到针孔PH上的辐射的两个偏振状态的输出强度的补充测量提供两个附加的等式。
为了简便起见，在第四和第五个实施例的描述中进行的分析仅仅被限制到在切变干涉仪布置中的光栅GR处的辐射的两个衍射级的组合。然而，根据本发明的一个方面，考虑附加的衍射级。例如，除去电场

和

之外，对应于“相邻的”光瞳位置(x-dx，y)的衍射场

可以被包括在分析中。所述分析类似于第四个实施例的分析。
在采用偏振激发部件(例如偏振器、推迟器(四分之一波片)、偏振分束器等)的前面所述的任何实施例中，辐射传播的角度可能对于部件的性能具有显著的影响。因此，将这些部件定位在辐射被基本上准直的位置上是有利的。一种选择是将元件(例如偏振改变元件10和检偏器12)定位在辐射已经基本上被准直的照射器中的合适位置上。第二种替代的选择是提供光学元件40和42，如图15所示，所述光学元件40和42首先将所述辐射准直，然后将其聚焦。这提供区域44，在所述区域44中，辐射是准直光束的形式，且在所述区域44中，可以放置偏振激发部件。
根据本发明的任何上述实施例的测量结果可以被用于提供反馈。例如，在所需的偏振图案试图被照射器设定的设备中，一个或更多个致动器可以被提供用于基于所获得的测量、以反馈的方式调整光刻设备的部件。图12以示例的方式示出照射器IL可以在控制器16的控制下被调整，以修正或补偿在所需的偏振图案中的任何测量偏差。
尽管在本文中可以做出特定的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为制作多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经作出了具体的参考，在光学光刻的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及其他类型的辐射。
在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式和反射式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以与上述不同的形式实现。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对上述本发明进行修改。
权利要求
1.一种被动式掩模版工具，包括
载板，所述载板被配置成位于光刻设备的掩模版台中；以及
与所述载板相关的偏振传感器模块阵列，其中所述偏振传感器模块阵列被配置用于在多个场点处接收来自照射器的照射器辐射，且其中所述偏振传感器模块阵列被配置用于将辐射输出到检测器，所述检测器被配置用于对从照射器辐射得到的偏振光进行一组强度测量，该组强度测量对应于应用到照射器辐射上的多个推迟条件。
2.根据权利要求1所述的被动式掩模版工具，其中每个偏振传感器模块包括
场阑，所述场阑被配置用于接收在对应的场位置处的具有第一偏振状态的照射器辐射束；
反射镜，所述反射镜被配置用于反射接收到的照射器辐射；
推迟器，所述推迟器被配置用于给接收到的辐射束的偏振状态提供推迟；以及
偏振器，所述偏振器被配置用于提供朝向检测器的具有预定偏振状态的辐射。
3.根据权利要求2所述的被动式掩模版工具，还包括准直透镜，所述准直透镜被配置用于对所提供的具有预定偏振状态的辐射进行准直。
4.根据权利要求2或3所述的被动式掩模版工具，其中所述偏振器是布儒斯特元件。
5.根据权利要求4所述的被动式掩模版工具，其中所述布儒斯特元件是布儒斯特棱镜，所述布儒斯特棱镜被配置用于在棱镜内表面上反射具有预定偏振的辐射。
6.根据权利要求2或3所述的被动式掩模版工具，其中所述推迟器包括两个楔形棱镜，所述两个楔形棱镜沿着接收辐射束的路径连续地设置，每个所述楔形棱镜包括一组两个楔形件，所述两个楔形件具有相互垂直设置的快光轴，其中所述推迟器的快光轴彼此相对具有0°、90°、45°和-45°的相对取向。
7.根据前面权利要求中任一项所述的被动式掩模版工具，其中所述偏振传感器模块阵列包括多个行，每行具有一组四个偏振传感器模块，其中所述行的每个传感器模块被配置用于提供与行中的其他传感器模块的推迟不同的推迟。
8.根据权利要求7所述的被动式掩模版工具，其中所述载板被配置用于沿着平行于所述行的方向平移，其中在每个偏振传感器模块内的场阑被配置用于截取照射器内的公共场点，其中所述掩模版工具被配置用于提供关于在公共场点处接收到的辐射的偏振状态的完整偏振信息。
9.根据前面权利要求中任一项所述的被动式掩模版工具，所述检测器位于掩模版水平面。
10.根据前面权利要求中任一项所述的被动式掩模版工具，所述检测器位于晶片水平面。
11.根据前面权利要求中任一项所述的被动式掩模版工具，所述检测器包括CCD、CMOS检测器和位置传感检测器中的一个。
12.根据前面权利要求中任一项所述的被动式掩模版工具，还包括对齐标记。
13.根据权利要求2所述的被动式掩模版工具，其中所述每个偏振传感器模块包括被配置用于覆盖场阑的可移动快门，其中所述被动式掩模版工具被配置用于在指定的偏振传感器模块中接收来自照射器的辐射，并同时阻挡辐射进入其他的偏振传感器模块。
14.一种光刻设备，包括
照射器，所述照射器被配置用于朝向掩模版台供给辐射；
被动式掩模版工具，所述被动式掩模版工具具有
载板，所述载板被置于光刻设备的掩模版台处；
以及
与所述载板相关的偏振传感器模块阵列，
其中所述偏振传感器模块阵列被配置用于在多个场点处接收来自照射器的照射器辐射，且其中所述偏振传感器模块阵列被配置用于将辐射输出到检测器，所述检测器被配置用于对从照射器辐射得到的偏振光进行一组强度测量，该组强度测量对应于被应用到照射器辐射上的多个推迟条件。
15.根据权利要求14所述的光刻设备，其中每个偏振传感器模块包括
场阑，所述场阑被配置用于接收在对应的场位置处的具有第一偏振状态的照射器辐射束；
反射镜，所述反射镜被配置用于反射接收到的照射器辐射；
推迟器，所述推迟器被配置用于给接收到的辐射束的偏振状态提供推迟；以及
偏振器，所述偏振器被配置用于提供朝向检测器的具有预定偏振状态的辐射。
16.根据权利要求15所述的光刻设备，还包括准直透镜，所述准直透镜被配置用于对所提供的具有预定偏振状态的辐射进行准直。
17.根据权利要求15或16所述的光刻设备，其中所述偏振器是布儒斯特元件。
18.根据权利要求17所述的光刻设备，其中所述布儒斯特元件是布儒斯特棱镜，所述布儒斯特棱镜被配置用于在棱镜内表面处反射具有预定偏振的辐射。
19.根据权利要求14、15、16、17或18所述的光刻设备，其中所述偏振传感器模块阵列包括多个行，每行具有一组四个偏振传感器模块，其中所述行的每个传感器模块被配置用于提供与行中的其他传感器模块的推迟不同的推迟。
20.根据权利要求18所述的光刻设备，其中所述载板被配置用于沿着平行于所述行的方向平移，其中在每个偏振传感器模块内的场阑被配置用于截取照射器内的公共场点，其中所述掩模版工具被配置用于提供关于在公共场点处接收到的辐射的偏振状态的完整偏振信息。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的光刻设备，还包括
处理器，所述处理器被配置用于基于多个强度测量确定第一偏振状态；以及
控制器，所述控制器被配置用于接收与偏振状态相关的信号，并根据接收到的信息调整照射器。
22.一种用于在光刻工具中对器件进行图案化的方法，所述方法包括
在掩模版台处接收对应于照射器场中的第一场点的辐射；
提供传感器阵列，所述传感器阵列被配置用于将多个偏振推迟条件提供给接收到的辐射；
通过第一场点扫描传感器阵列，以产生对应于多个偏振推迟条件的多个辐射束；
将所述多个辐射束朝向偏振元件引导，所述偏振元件被配置用于发送具有预定偏振的辐射；
测量从所述偏振元件发送出的多个辐射束中的每一个辐射束的辐射强度；
确定位于照射器场中的第一场点处的辐射的偏振条件；以及
基于所确定的偏振条件调整照射器。
全文摘要
公开了一种光刻设备，包括被配置用于调节辐射束的照射系统；被配置用于至少部分地连接到掩模版台的偏振传感器，其中所述掩模版偏振传感器的部件可以以用于常规的掩模版的方式在光刻设备中被加载和卸载。在一种配置中，主动式掩模版工具包括被配置用于改变施加给从照射系统中的场点接收到的偏振光的推迟的可旋转推迟器。在另一配置中，被动式掩模版工具被配置为偏振传感器模块阵列，其中由固定的推迟器施加给接收光的推迟量根据偏振传感器模块的位置而变化。相应地，可以测量对于在给定场点上接收到的光的多个推迟条件，其中可以完全确定在所给定的场点上的光的偏振状态。在另一配置中，偏振传感器被配置用于测量投影透镜对于通过投影透镜的光的偏振状态的影响。
文档编号G03F7/20GK101253451SQ200680028087
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月13日 优先权日2005年6月13日
发明者马库斯·艾德里纳斯·范德柯克霍夫, 威廉姆斯·皮卓斯·德波艾, 亨瑞克斯·罗伯特斯·玛丽·范格瑞文波奥克, 迈克·弗兰索斯·休伯特·克拉森, 海考·维克特·考克, 马提基恩·杰勒德·多米尼克·维瑞恩斯, 坦摩·尤特迪基克, 威廉姆斯·贾克布斯·玛丽安·罗奥杰卡斯, 约翰内斯·玛丽安·库普, 利昂·范道仁, 雅各布·桑尼威尔德, 欧文·约翰内斯·马丁内斯·吉林 申请人:Asml荷兰有限公司