CN110088684A - 光学装置和相关方法 - Google Patents

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Abstract

对准***将激光束与参考平面中的期望位置和参考平面中的期望方向对准。该***将激光衍射成不同的衍射级，使用不同的透镜将不同的衍射级投影到检测平面上。由于不同的衍射级在检测平面中的投影的部位对束在参考平面中的位置和方向的变化做出不同的响应，因此投影的部位使得能够确定如何调节束以便使束正确地对准。衍射和投影可以通过全息图实现。

Description

光学装置和相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月14日提交的欧洲申请16203954.9的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及一种用于将光束的至少两个图像投影到平面上的光学装置、对准***和相关方法。
背景技术
光刻设备是被构造成将期望的图案施加到衬底上的机器。例如，光刻没备可用于制造集成电路(1C)。光刻设备可以例如将图案从图案形成装置(例如掩模)投影到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
由将图案投影到衬底上的光刻设备所用的辐射的波长决定了可以在该衬底上形成的特征的最小尺寸。使用极紫外(EUV)辐射(波长在4-20nm范围内的电磁辐射)的光刻设备可以用于在衬底上形成比常规光刻设备(例如可以使用波长为193nm的电磁辐射)更小的特征。
光刻***可以包括一个或更多个辐射源，用于产生适当波长的电磁辐射，用于将掩模上的图案成像到覆盖有光敏层的衬底上。这种辐射源可以包括使用高功率激光***以最终产生用于成像的电磁辐射。例如，为了产生EUV范围内的电磁辐射，可以使用高功率CO2激光器，通过将电子从锡原子上脱离而将锡滴转变成等离子体，它们被留下成为离子。当离子和电子重新结合时，等离子体发射EUV范围内的电磁辐射。
为了将激光束从激光器导向至感兴趣的点，光刻***包括束传递***，该束传递***包括光学部件，例如分束器、透镜或反射镜。激光束被准确地对准是重要的，特别是如果激光束是高强度的，以防止损坏束传递***或在远处的硬件，从而在感兴趣的尖端(诸如锡滴)处有效地利用激光束。为了控制激光束的对准，或者通常是电磁辐射束(在本文中通称为光束)的对准，可以操纵束传递***中的一个或更多个光学部件。光束的操纵可以包括光束的束指向的线性分量和/或角度分量(或束指向稳定性或精确度)的对准。束指向的线性分量可以源自光束在垂直于(或基本垂直于)光束传播轴线的方向上的位移。术语“线性分量”可以指示束在与束相交的参考平面中的位置。束指向的角度分量可以源自光束相对于某个参考轴线的倾倒或倾斜，即，束的角度分量可以源自具有与参考轴的方向不同的传播方向的电磁辐射。术语“角度分量”可以包含或称为束指向，并且表示光束相对于参考轴的参考方向的传播方向。
用于确定光束对准的方法可以包括使用对准***，该对准***包括例如一个或更多个分束器、反射镜和/或透镜，以便在诸如照相机的检测器上产生光束的图像。然后，可以在显示监视器上呈现由照相机捕获的图像，以供操作人员检查。然而，使用这种对准***可能需要额外的空间，在该额外的空间中对准***将被安装用于操作用途。这可能使这些方法变得不适合用于空间可能被限制的光刻***。
使用这种对准***可能导致仅关于由检测器检测到的束的线性分量和角度分量之一的信息。用户可能需要在光束的路径中移动或重新定向分束器、反射镜和/或透镜，以接收关于光束的线性分量或角度分量中的任一个的信息。这可能导致增加光刻***中光束对准所需的时间。
本发明的一个目的是消除或减轻现有技术的至少一个问题。
发明内容
本发明涉及一种包括对准***的辐射源***。对准***被配置成用于确定电磁辐射束相对于参考平面中的参考位置的位置，并且用于确定所述电磁辐射束相对于所述参考平面中的参考方向的方向。所述对准***被配置成将表示与所述参考平面相交的所述电磁辐射束的图像投影到检测平面上。所述对准***包括衍射光学***。所述衍射光学***是可操作的以将入射的电磁辐射束衍射成不同的衍射级。所述衍射光学***具有第一透镜和第二透镜。所述第一透镜是可操作的以在所述检测平面中的第一部位上产生所述不同的衍射级中的第一特定衍射级的第一投影。所述第二透镜是可操作的以在所述检测平面中的第二部位上产生所述不同的衍射级中的第二特定衍射级的第二投影，所述第二部位不同于所述第一部位。
衍射级的投影在检测平面上的部位对束在参考平面中的位置和/或方向的变化做出不同的响应。因此，通过分析投影在检测平面中的部位，可以获得关于束在参考平面中是否具有期望位置和期望方向的信息。从投影在检测平面中的部位可以推断出需要调节辐射源***中的什么光学装置(例如，透镜、反射镜或分束器)以使束朝向参考平面中的期望位置和期望方向。
例如，考虑第零阶衍射级和第一阶衍射级。这些不同衍射级的图像在检测平面中的部位对于束在垂直于电磁辐射的传播方向的方向上的位移(即，线性分量的变化)做出不同的响应，并且对于电磁辐射的传播方向的改变(即角度分量的变化)做出不同的响应。简言之，图像或不同衍射级的投影在检测平面中的部位一起包含关于束的线性分量以及角度分量的信息，其中它与由所用透镜的焦距确定的参考平面相交。
因此，通过确定图像相对于检测平面中的参考标记的实际部位，操作者可以能够调节衍射光学元件上游的一个或更多个反射镜、透镜或分束器，以获得在理想的部位处的图像。可替代地，数据处理***可以执行对检测平面中的图像的相对部位的分析，并指示与透镜、反射镜或分束器中的相关装置相关联的致动器，以调节它们的位置和/或方向，为了获得在检测平面中的所期望的部位处的图像并且因此光束被正确地对准。
术语“光束”可以被认为包括可以入射在衍射光学***上的光束的一部分或者入射在衍射光学***上的光束的全部。
优选地，第一投影和第二投影在检测平面中基本上不重叠。由于检测平面中的投影的部位包含关于束对准的信息，因此应该能够准确地确定所述部位。如果特定投影是由二维强度分布(例如从第零阶衍射级)得到的二维图像，则可能需要确定例如二维图像的中心。如果图像重叠，则确定中心将更加困难，这是因为可能不清楚哪个部分属于什么图像。因此，优选地选择衍射光学***的透镜的焦距，以便在检测平面中产生不同级的非重叠图像，从而有利于将检测平面中的特定部位分配给图像中特定的一个。例如，如果使用第零阶衍射级来对准束，则可以选择使用透镜将在衍射光学元件上游的参考平面中的束的横截面成像到检测平面上。如果正在使用第一阶衍射级，则可以使用将第一阶衍射级的辐射聚焦到检测平面中的小区域(“点”)上的透镜。
在一个实施例中，所述不同的衍射级中的所述第一特定衍射级为第零阶衍射级。所述第一透镜是可操作的以将所述电磁辐射束在与所述参考平面的横截面中的强度分布的第一图像投影到所述检测平面上。第一透镜可以具有等于参考平面和第一透镜之间的距离的焦距。因此，第一透镜形成与参考平面相交的束的横截面的二维图像。所述不同的衍射级中的所述第二特定衍射级为第一阶衍射级。所述第二透镜的焦距基本上等于所述第二透镜与所述检测平面之间的距离。第一阶衍射级将被投影到第二透镜的焦点中，所述焦点位于检测平面上。理论上，第一阶衍射级的投影将在检测平面上形成一个点。
在另一实施例中，衍射光学***具有第三透镜。所述第三透镜是可操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位且不同于所述第二部位的第三部位上产生所述不同的衍射级中的第三特定衍射级的第三投影。例如，不同的衍射级中的所述第二特定衍射级为第一阶衍射级(+1)，并且不同的衍射级中的第三特定衍射级是具有一维周期性的光栅中的另一个第一阶衍射级(-1)。利用附加的衍射级，可以确定检测到的束对准中的异常是否是由检测平面和衍射光学***的相对方向的变化引起的，或者异常是否是由在参考平面中不具有期望部位和方向的束引起的。束指向在参考平面中的移位将使第一阶衍射级的投影全部沿相同方向移动，而检测平面和衍射光学***的相对方向的变化将使投影沿相反方向移动。此外，由于用于不同衍射级(+1和-1)的第二透镜和第三透镜用于离轴成像，因此不同衍射级在检测平面上的投影可能遭受像差。如果存在多个衍射级，例如“+1”衍射级和“-1”衍射级，则在检测平面上的投影的不同侧上出现像差。因此，可以通过处理表示投影的数据来减少像差对确定投影的部位的影响，从而组合投影以抵消像差。在另一实施例中，衍射光学***具有第三透镜、第四透镜和第五透镜。所述第三透镜是可操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位且不同于所述第二部位的第三部位上产生所述不同的衍射级中的第三特定衍射级的第三投影。所述第四透镜是可操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位、不同于所述第二部位、且不同于所述第三部位的第四部位上产生所述不同的衍射级中的第四特定衍射级的第四投影。所述第五透镜是可操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位、不同于所述第二部位、不同于所述第三部位、且不同于所述第四部位的第五部位上产生所述不同的衍射级中的第五特定衍射级的第五投影。例如，衍射光学***包括二维光栅，所述二维光栅是可操作的以产生四种不同的第一阶衍射级(0，1)、(1，0)、(-1，0)和(0，-1)。所述不同的衍射级中的所述第二特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第一个。所述不同的衍射级中的所述第三特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第二个。所述不同的衍射级中的所述第四特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第三个，并且所述不同的衍射级中的所述第五特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第四个。所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜中的每一个对应的透镜具有各自的焦距，所述焦距基本上等于相应的透镜与所述检测平面之间的距离。
在另一实施例中，所述衍射光学***包括全息图。全息图被配置成用作光栅和上述透镜。透镜可以配置成菲涅耳透镜。当用于安装对准硬件的辐射源中可用的空间受到限制时，该实施例可能是有利的。
在另一实施例中，对准***包括检测***，该检测***被配置用于检测所述检测平面中的第一投影和第二投影。检测***包括例如照相机或另一图像传感器，其输出信号可以在显示监视器上呈现，使得操作人员在对准束期间具有视觉反馈。例如，辐射源可以包括束传递***，以将电磁辐射束导向到感兴趣的区域，束传递***包括反射镜、透镜或分束器。通过检查在显示监视器上呈现的图像，操作人员可以能够调节反射镜、透镜或分束器中的一个或更多个相关装置，以便适当地对准电磁辐射束。
在另一实施例中，对准***包括光学装置，例如透镜、反射镜或分束器，被配置用于控制以下中的至少一个：所述束相对于所述参考位置的位置和所述束相对于所述参考方向的方向。所述对准***还具有致动器，该致动器被配置成用于调节所述光学装置的另外的位置和方向中的至少一个。对准***还包括控制器，该控制器被配置成用于接收来自所述检测***的输出信号，并用于依据所接收的所述输出信号控制所述致动器。因此，对准可以是自动化的。
本发明还涉及配置成用于上文详述的辐射源***中的对准***，以及配置成用于这种辐射源***中的全息图。
可以在载体介质上提供计算机程序产品。载体介质可以是有形的非瞬态载体介质，例如闪存驱动器、记忆棒、光盘或载体、磁盘或载体、存储器、ROM、RAM和/或类似物。载体介质可以是、包括非有形载体介质或包含在非有形载体介质中，例如电磁波、电子或磁信号、数字数据和/或类似物。
应当理解，在本发明的任何其他方面或实施例中，可以单独地或与任何其他定义的特征组合地利用根据本发明的任何方面在上文限定的特征或下文限定的关于本发明的任何特定实施例的特征。
附图说明
现在将参考所附示意性附图、仅以示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1描绘了一种包括光刻设备的光刻***；
图2描绘了一种包括根据用于图1的光刻***的实施例的衍射光学***的对准***；
图3示意性地描绘了根据另一实施例的图2的对准***的衍射光学***；
图4示意性地描绘了图3的光学装置和***光束路径中的参考元件；
图5(a)描绘了激光束在参考平面中的强度图；
图5(b)描绘了存储在图2的光学装置中的相位信息的图像；
图5(c)描绘了图5(a)的激光束在检测平面中的图像的强度图；
图5(d)描绘了图5(a)的激光束在参考平面中的轮廓的横截面图；
图6(a)至图6(d)描绘了图5(c)的激光束的图像相对于参考点的强度图；
图7(a)至图7(d)描绘了激光束的图像的位移依赖于激光束的对准的变化的曲线图；和
图8描绘了对准方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了包括辐射源SO和光刻设备LA的光刻***。辐射源SO配置成产生极紫外(EUV)辐射束B。光刻设备LA包括照射***IL、被配置成支撑图案形成装置MA(例如掩模)的支撑结构MT、投影***PS和被配置成支撑衬底W的衬底台WT。照射***IL被配置成在辐射束B入射到图案形成装置MA之前调节辐射束B。投影***被配置成将辐射束B(现在已被掩模MA图案化)投影到衬底W上。衬底W可以包括先前形成的图案。在这种情况下，光刻设备将图案化的辐射束B与先前在衬底W上形成的图案对准。
辐射源SO、照射***IL和投影***PS都可以被构造和布置成使得它们可以与外部环境隔离。可以在辐射源SO中提供低于大气压的压力的气体(例如氢气)。可以在照射***IL和/或投影***PS中设置真空。可以在照射***IL和/或投影***PS中提供远低于大气压的压力下的少量气体(例如氢气)。
图1中所示的辐射源SO的类型可以被称为激光产生的等离子体(LPP)源。激光器1(例如可以是CO2激光器)布置成通过激光束2将能量沉积到燃料中，例如从燃料发射器3提供的锡(Sn)。尽管在以下描述中提到了锡，但是可以使用任何合适的燃料。燃料可以例如是液体形式，并且可以例如是金属或合金。燃料发射器3可包括配置成沿着朝向等离子体形成区域4的轨迹引导锡(例如，液滴形式的锡)的喷嘴。激光束2在等离子体形成区域4处入射到锡上。激光能量沉积到锡中，从而在等离子体形成区域4处产生等离子体7。在等离子体的离子的去激发和再结合期间，包括EUV辐射的辐射被从等离子体7发射。
EUV辐射被收集并由近正入射辐射收集器5(有时称为正入射辐射收集器)聚焦。收集器5可以具有多层结构，其布置成反射EUV辐射(例如，具有期望波长(诸如13.5nm)的EUV辐射)。收集器5可以具有椭圆形配置，具有两个焦点。第一焦点可以在等离子体形成区域4处，并且第二焦点可以在中间焦点6处，如下所述。
激光器1可以在辐射源SO的远端。在这种情况下，激光束2可以借助于束传递***(未示出)从激光器1传递到辐射源SO，束传递***包括例如合适的导向镜和/或扩束器，以及/或其他光学装置。激光器1和辐射源SO可以一起被认为是辐射***。
在图1的实施例中，还通过开口1提供氢气的供应，通常沿着与激光束相同的轴线。氢气还可以围绕收集器5的周边供应，和/或可选地通过供应端口供应。氢气用于许多目的，包括最大化抑制收集器5的污染(以及可选地抑制量测模块(未示出)的污染)，用作用于净化的氢自由基源，并调节等离子体以保持热电离的气体远离收集器CO和量测模块。
重新考虑由源SO产生的辐射，由收集器5反射的辐射形成辐射束B。辐射束B在点6处聚焦以形成等离子体形成区域4的图像，其用作用于照射***IL的虚辐射源。辐射束B被聚焦所在的点6可以被称为中间焦点。辐射源SO布置成使得中间焦点6位于辐射源的封闭结构9中的开口8处或附近。
辐射束B从辐射源SO传递到照射***IL中，该照射***IL被配置成调节辐射束。照射***IL可包括琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11。琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11一起在辐射束B的横截面中为辐射束B提供所需的横截面形状和所需的强度分布。辐射束B从照射***IL传入并入射在由支撑结构MT保持的图案形成装置MA上。图案形成装置MA反射并图案化辐射束B。除了琢面场反射镜装置10和琢面光瞳反射镜装置11之外或代替它们，照射***IL可包括其他反射镜或装置。
在被图案形成装置MA反射之后，现在已被图案化的辐射束B进入投影***PS。投影***包括多个反射镜，其配置成将图案化的辐射束B投影到由衬底台WT保持的衬底W上。投影***PS可以将缩减系数施加到图案化的辐射束，形成具有比图案形成装置MA上的对应特征小的特征的图像。例如，可以应用缩减系数4。尽管在图1中投影***PS具有两个反射镜，但投影***可包括任何数量的反射镜(例如六个反射镜)。
图1中所示的辐射源SO可包括未示出的部件。例如，可以在辐射源中提供光谱滤波器。光谱滤波器可以基本上透射EUV辐射，但基本上阻挡其他波长的辐射，例如红外辐射。
图2示出了对准***15的实施例。对准***15可以是图1中所示的光刻***的一部分。在图2的实施例中，对准***15包括束传递***1a。束传递***1a可以配置成将激光束2从激光器1传递到辐射源SO。对准***15可以是束传递***1a的一部分或可布置在束传递***1a中。束传递***1a可以包括一个或更多个光学装置，例如反射镜、透镜或分束器，其被配置用于适当地对准束2。
对准***15包括检测***16，该检测***16可包括光学检测器，例如照相机、CCD阵列或CMOS图像传感器等。应当理解，检测***16可以向显示监视器提供输出信号，以便呈现输出信号以供操作员进行视觉检查。对准***15包括衍射光学***17，用于将光束的至少两个图像投影到平面上，在该实施例中，该光束被设置为激光束2的形式。在该实施例中，平面可以是由检测***16限定的检测平面DP的形式。检测元件16可以连接到控制器16a，该控制器16a可以包括用于向用户显示所述两个图像的显示监视器。
衍射光学***17包括衍射光栅(未示出)和两个或更多个透镜(这里未示出)。衍射光栅可操作以用于将束2的电磁辐射衍射成多个不同的衍射级。由于不同的衍射级相对于光栅在不同的方向上传播，所以两个或更多个透镜中的不同的透镜可以用于将不同的衍射级投影到检测平面DP的不同部位上。
由于较高阶衍射级以比较低阶衍射级更大的角度衍射，可以考虑例如第零阶衍射级和一个或更多个第一阶衍射级成像到检测元件17上。如所已知的，第零阶衍射级通常与入射在光栅上的不间断的电磁辐射的方向相关联，而非第零阶衍射级与基本上偏离第零阶衍射级的方向的方向相关联。
参考图2，假设想要确定光束2在光束2与参考平面RP的交叉处具有的线性分量和角度分量，参考平面RP位于z＝z0处，并且检测***16具有位于z＝z2处的检测平面DP。此外，假设使用第零阶衍射级，和第一阶衍射级之一。
为了将参考平面RP中出现的第零阶衍射级成像到检测平面DP上，衍射光学***17使用具有预定焦距的透镜。在所示的示例中，用于对第零阶衍射级成像的透镜的焦距被选择为等于参考平面RP和衍射光学***17之间的距离，该衍射光学***17光学地位于平面z＝z1中。因此，光束2在参考平面RP的部位处的横截面被焦点对准地成像到检测平面DP上。该示例中的第一阶衍射级是由衍射光学***17使用具有预定焦距的另一透镜成像的，该预定焦距在该示例中等于衍射光学元件17和检测平面DP之间的距离。因此，第一阶衍射级成像在该另一透镜的焦点上。
这里要注意的是，可以使用具有其他已知焦距的透镜而不是上述的透镜。然而，优选的是，以这样的方式将所选择的衍射级成像到检测平面DP上，使得它们在检测平面DP中的相应图像或投影不重叠。这样做的原因在于，检测平面DP中的这些相应图像的各个中心的相应部位表示线性分量和角度分量，如下所述。如果这些图像中的两个或更多个在检测平面DP中具有重叠，则将更难以准确地确定它们各自中心的部位。
假设束2垂直入射在衍射光学***17上，即在所谓的“正入射”的情况下。在垂直于束的电磁辐射的传播方向的方向(即，垂直于图2的图中的z方向)上移动束2会使得第零阶衍射级的图像相应地在检测平面DP中移动。然而，较高阶衍射级的图像的部位不会改变。因此，如果在检测平面DP中具有参考标记，其指示在理想情况下束的第零阶衍射级的图像的中心应该在哪里结束，则可以确定检测平面DP中的参考标记与检测平面DP中的中心的实际部位之间的距离和相对方向，并控制束传递***1a中、参考平面RP上游的一个或多个光学部件，以使中心到达参考标记。这可以通过操作人员在连接到检测***16的显示监视器上观看图像来完成。可替代地，可以使用具有适当图像处理软件的控制器16a来自动地将中心带回到参考标记，其采用在参考平面RP上游的束传递***1a中的一个或更多个光学部件上操作的一个或更多个致动器。
假设束2在小的非零角度下，即在所谓的斜入射的情况下，与参考平面RP相交，其中束2在参考平面RP处具有期望的线性分量。然后，第零阶衍射级的图像和较高阶衍射级的图像都将从它们在检测平面DP中的期望的部位移位。第零阶衍射级的图像将在检测平面DP中在指示束2相对于参考轴线RA的实际方向的方向上移位一距离，该距离指示非零角度以及参考平面RP和衍射光学***17之间的距离。较高阶的衍射级同样会移位较大的距离，该较大的距离指示非零角度并指示参考平面与衍射光学元件17之间的距离，以及指示光栅节距。也就是说，较高阶的衍射级的图像的移位被乘以指示光栅节距的因子。这里使用表达“光栅节距”来使得本发明的构思清楚。很明显，可以使用二维光栅，其中x方向上的节距不同于y方向上的节距，并且这种二维光栅的衍射图案使用这些不同的节距表示为参数。
这里注意，可以选择除了第零阶衍射级和第一阶衍射级之外的衍射级以用于成像到检测平面DP上，以便确定束2的线性分量和角度分量，因为不同的衍射级对束2在参考平面RP中的位置变化和方向变化会作出不同的响应。
在图2的实施例中，激光束2通过束传递***1a的一个或更多个光学部件(未示出)被引导到衍射光学***17上，例如一个或更多个引导反射镜、扩束器和/或其它光学装置。应当理解，在其他实施例中，激光束2可以被(直接)引导或投影到衍射光学***17上，例如，直接由激光器引导或投影。
图3示出了光学装置17的另一实施例。
在另一实施例中，衍射光学***17将第零阶衍射级成像检测平面DP上，以产生第一图像ZO。衍射光学***17还成像较高阶的衍射级，例如，第一阶衍射级(“+1”级)，以在检测平面DP中产生第二图像HO。衍射光学***17进一步成像另一个较高阶的衍射级，例如另一个第一阶衍射级(“-1”级)，以在检测平面DP中产生第三图像OHO。注意，第一图像ZO、第二图像HO和第三图像OHO不重叠。
通过将衍射光学***17配置成成像两个或更多个更高阶的衍射级，这里是“+1”衍射级和“-1”衍射级，可以便于检测束指向的角度分量的变化。在衍射光学***17和检测***16之间的相对方向和/或位置已经改变或调节的情况下，这可能是有益的。例如，激光束2的束指向的角度分量的变化可以导致第二图像HO和第三图像OHO的部位在相同方向上的移位，而衍射光学***17和检测***16之间的方向的变化可以导致第二图像HO和第三图像OHO的部位沿相反方向移位。
如在图3中可以看到的，衍射光学***17被配置成用于在检测平面DP中产生第二图像HO和第三图像OHO，它们彼此分离并且与第一图像ZO分离。
在一些实施例中，衍射光学***17可包括全息光学元件，例如，全息图。通过使用全息光学元件，可以使用单个实体来确定激光束2的束指向(例如，光束指向精度或稳定性)的线性分量和角度分量的信息。这可以允许衍射光学***17被用在具有受限的空间的***或设备中，例如暂时或永久地安装在具有受限的空间的***或设备中。
在一些实施例中，衍射光学***17和检测***16可以以固定关系布置，即衍射光学***17和检测***16之间的距离可以是固定的。例如，光学装置17和检测***16可以布置在光刻***的诊断或辅助束线(未示出)中。检测***16可包括第一和第二参考点。例如，第一和第二参考点可以对应于检测***16的相应的第一和第二参考像素(或相应的第一和第二像素区域)。
在一些实施例中，光学装置17和检测***16可以被单独地提供。在这样的实施例中，可以采用十字准线或孔等形式的参考元件18可以被***激光束2的路径中，如图4所示。通过衍射光学***17将参考元件18的图像18′投影到检测平面DP中。参考元件18的图像18′可以在检测平面DP上提供第一参考点。基于第一参考点的位置、衍射光学***17的透镜(未示出)相对于彼此的布置和/或透镜的光轴之间的预定或预选的距离D，可以确定检测平面DP上的第二参考点。尽管图4中所示的衍射光学***17包括两个或更多个透镜，但是应当理解，对于具有多于两个透镜的衍射光学***17，第二参考点的确定可以与上述相同或相似。
应当理解，在其他实施例中，代替或附加于参考元件的使用，第一参考点可以由控制器16a提供。例如，可以设置或存储在控制器中的计算机程序可以被配置成使控制器16a显示和/或提供第一参考点。在这样的实施例中，第二参考点可以基于第一参考点的位置、第一透镜和第二透镜相对于彼此的布置、和/或第二透镜的所述光轴/每个光轴相对于第一透镜的光轴之间的预定或预选的距离。例如，计算机程序可以被配置成使控制器16a确定第二参考点，例如，其位置，基于第一参考点的位置、第一透镜和第二透镜相对于彼此的布置、和/或第二透镜的所述光轴/每个光轴相对于第一透镜的光轴之间的预定或预选的距离。
在使用中，可以基于近场NF和远场FF图像相对于第一和第二参考点的位置来确定激光束2相对于检测***16的对准。当检测到激光束2相对于检测器16的未对准时，例如，可以通过调节激光器2的位置或方向和/或束传递***1a的一个或更多个光学部件的位置或方向来对准激光束2。
图5(a)和5(c)分别示出了参考平面RP和检测平面DP中的激光束2的强度图。图5(a)示出了在参考平面RP中，激光束2具有基本上高斯轮廓。图5(b)示出了衍射光学***17的图像。如上所述，衍射光学***17可以包括全息图。图5(b)示出了存储在全息图中的相位信息的图像。全息图对激光束2的光执行一个或多个相移，以聚焦激光束2的相关衍射级。在该实施例中，全息图被配置成作用于波长为10.6μm的激光束2。例如，激光器1可以是发射波长为10.6μm的激光束2的CO2激光器。应当理解，在其他实施例中，全息图可以配置成作用于具有不同波长的电磁辐射束。用于具有不同波长的电磁辐射束的全息图的形成可以依赖于对于全息图的适合材料的可用性和/或制造精度。通过全息图(或任何DOE(衍射光学元件))嵌入多个透镜的方法类似于制造任何的DOE。可以使用透射该波长的材料(例如，通常与用于使透镜对于该波长透明的相同材料)。对于10.6μm的特定波长，该材料是例如ZnSe或金刚石。
图5(b)所示的衍射光学***17的实施例类似于图2和3所示的实施例。在图5(b)的实施例中，衍射光学***17包括五个透镜171、172、173、174和175。透镜171中的第一个基本上布置在衍射光学***17的中心，并且被配置成在检测平面DP中产生激光束2在参考平面RF中的区域处的第零阶衍射级的图像181，激光束2在参考平面RF的区域处与参考平面RP相交。四个其他透镜172、173、174和175均匀地定位在第一透镜171周围，并且被配置成将四个第一阶衍射级中的每一个成像到检测平面DP上，从而分别得到图像182、183、184和185。四个其他透镜172、173、174和175与第一透镜171隔开预定距离。例如，预定距离可以对应于激光束2的基本高斯强度分布的标准偏差σ的倍数，例如6σ。如上所述，通过在同一检测平面DP中投影第零阶衍射级的图像181和四个第一阶衍射级的图像182、183、184和185，可以允许激光束2的束指向的线性分量和角度分量的同时对准，而不需要使用附加的光学装置，例如分束器、或反射镜或透镜。
图5(d)示出了激光束2在参考平面RP中的强度轮廓的横截面以及在检测平面DP中激光束2的图像181的第零阶衍射级的强度的横截面。从图5(d)中可以看出，激光束2的第零阶衍射级-图像181的横截面保持基本上高斯形状。第零阶衍射级的图像181的位置基本上对应于激光束2与参考平面RP相交的位置，如图5(a)所示。激光束2在检测平面DP中的图像181第零阶衍射级的横截面中的肩部191和192(或图像181的横截面中的圈)可能是由于例如全息图的衍射光学***17的成像误差(例如干涉效应)。这些成像误差可能是由衍射光学***17执行的多个功能引起的。衍射光学***17的成像误差可以是可校正的或可补偿的。例如，在修复第零阶衍射级的图像181之前，基于衍射光学***17的配置(例如，透镜171、172、173、174和175的相对空间布置)可以通过对第零阶衍射级的图像181和第一阶衍射级的图像182、283、184和185进行去卷积并通过补偿圈或干涉效应来校正成像误差。
图6(a)至6(d)示出了由衍射光学***17在检测平面DP中投影的激光束2的强度图。衍射光学***17包括五个透镜，如上所述。在该实施例中，检测平面DP包括第一参考点601和四个第二参考点602、603、604和605。第一参考点601的位置可以由控制器16a提供，例如，使用计算机程序，其可以被配置成使控制器16a在显示监视器上提供和/或显示第一参考点601的位置。第二参考点602、603、604和605的位置已经从第一参考点601的位置、透镜171、172、173、174和175相对于彼此的布置和/或透镜171、172、173、174和175的光轴之间距离导出，如上所述。
在图6(a)中，第零阶衍射级的图像181和第一阶衍射级的图像182、183、184和185的位置分别对应于检测平面DP中的参考点601、602、603、604和605的位置。因此，可以认为激光束2相对于检测***16对准。
在图6(b)中，第一阶衍射级的图像182、183、184和185的位置相被对于第二参考点601、602、603、604和605移位，而第零阶衍射级的图像181的位置对应于第一参考点601的位置。图像182、183、184和185相对于第二参考点602、603、604和605的移位指示激光束2的束指向的角度分量的未对准。图像182、183、184和185相对于第二参考点602、603、604和605的移位对应于例如激光束2的2mrad的倾斜或倾倒，这里指相对于参考轴或参考方向在右侧。
在图6(c)中，图像181的位置相对于第一参考点601移位，而图像182、183、184和185的位置对应于第二参考点602、603、604和605的位置。图像181相对于第一参考点601的这种移位指示激光束2的束指向的线性分量的未对准。图像181相对于第一参考点601的移位对应于激光束2在参考平面RP中的位移，例如，在基本垂直于参考轴的方向上的1mm的位移，在此处指向左的位移。
在图6(d)中，图像181和图像182、183、184和185的位置相对于第一和第二参考点601、602、603、604和605移位。第零阶衍射级的图像181和四个第一阶衍射级的图像182、183、184和185相对于第一和第二参考点601、602、603、604和605的这种移位指示激光束2的束指向的线性分量和角度分量的未对准。图像181相对于第一参考点601的移位对应于激光束2在参考平面RP中在基本垂直于激光束2的传播轴的方向上为1mm的位移，而图像182、183、184和185相对于第二参考点602、603、604和605的移位对应于激光束2相对于参考方向的2mrad的倾斜或倾倒。
图7(a)至7(d)示出了检测平面DP中的第零阶衍射级的图像181的位置和第一阶衍射级的图像182、183、184和185的位置对激光束2的束指向在参考平面RP中的线性和角度分量的变化的依赖性的曲线图。衍射光学***17中的全息元件可能引起激光束2的光学像差，这可能导致第零阶衍射级的图像181和/或第一阶衍射级的图像182、183、184和185的例如响应于激光束2的束指向在参考平面RP中的线性和/或角度分量的变化的移位之间的干涉(或串扰)。这种干扰(或串扰)可以被认为是小的或可忽略的，如下所述。在一些实施例中，基于衍射光学***的布置(例如，透镜171，172，173，174和175的相对布置)，干涉(或串扰)是可移除的或被去除的。
图7(a)示出了图像181的位置对激光束2的光束指向的线性分量的变化的依赖性。该图示出当激光束2在与激光束2的传播轴基本垂直的方向上移位距离x时，则第零阶衍射级的图像181在检测平面DP中移位-0.96x(负号是由于第一透镜的负放大率所导致的，如上所述)。
图7(b)示出了第一阶衍射级的图像(例如，图像182)的位置对激光束2的束指向的线性分量的变化的依赖性。该图示出当激光束2在基本垂直于激光束2的传播轴的方向上移位距离x时，则图像182在检测平面DP中移位0.039x。
图7(c)示出了第一阶衍射级的图像182的位置对激光束2的束指向的角度分量的变化的依赖性。该图示出当激光束2相对于激光束2的原始传播轴倾斜x时，则图像182在检测平面中移位0.93xf(其中f对应于第二透镜的焦距)。
图7(d)示出了第零阶衍射级的图像181的位置对激光束2的束指向的角度分量的变化的依赖性。该图示出当激光束2相对于激光束2的原始传播轴倾斜x时，则图像181在检测平面中移位0.001xf。
图8示出了用于使激光束2相对于检测***16对准的方法的流程图。参考图3中所示的实施例描述了图8中所示的方法的步骤。应该理解，该方法同样适用于图3(b)和图5(b)至图5(d)所示的实施例。
如上所述，对准***15可以布置在光刻***的束传递***1a中。作为第一步骤1010，该方法包括将激光束2投影到衍射光学***17上。例如，束传递***1a的一个或多个光学装置可以将激光束2投影到衍射光学***17上。通过衍射光学***17将(不同衍射级中的每一个的)至少两个图像投影在检测平面DP上。这些图像由检测***16检测，该检测***16可以限定检测平面DP(步骤1015)。为了便于示例，假设第一图像是第零阶衍射级的图像181，并且第二图像是第一阶衍射级的图像182。检测两个图像(1015)的步骤可包括检测第一图像相对于第一参考点601的位置和第二图像相对于第二参考点602的另一位置(步骤1020)。第一参考点601和第二参考点602可以由检测***16限定，并且对应于第一和第二参考像素。替代地或另外地，可以是十字准线或孔的形式的参考元件18可以被***激光束2中，并且参考元件18的图像18′可以被投影到检测平面DP上。该方法可以包括基于参考元件18在检测平面DP中的图像18′的位置来确定第一参考点601和第二参考点602中的一个。第一参考点601和第二参考点602中的另一个可以基于衍射光学装置17中的第一和第二透镜的相对布置和/或第一参考点601和第二参考点602之一在检测平面DP中的位置来确定。例如，第一参考点601和第二参考点602中的另一个可以基于第一透镜的光轴OA1与第二光学元件透镜的光轴OA2之间的距离D和/或第一和第二参考点601和602之一在检测平面DP中的位置来确定。该方法可以包括基于第一图像181和第二图像182中的至少一个相对于第一和第二参考点601和602中的至少一个的位置来确定激光束2相对于检测***16的对准。
应当理解，不必提供物理参考元件。例如，在图4的实施例中，标记为X的参考元件18不必是物理元件，并且可以视为表示检测平面DP中的图像。
应当理解，在其他实施例中，第一和第二参考点601和602中的至少一个可以由控制器16a提供，例如，控制器16a作为计算机程序的一部分，其可以被配置成使控制器16a提供第一和第二参考点601和602中的至少个，并且可以基于衍射光学装置17中的第一和第二透镜的相对布置和/或第一和第二参考点601和602中的至少一个的位置来确定第一和第二参考点601和602中的至少另一个。例如，可以基于第一透镜的光轴和第二透镜的光轴之间的距离和/或第一和第二参考点601和602的至少一个的位置来确定第一和第二参考点中的至少另一个。
可以在检测平面DP中测量激光束2的轮廓。在该方法的步骤1025中，基于第一图像181和第二图像182相对于相应的第一和第二参考点601和602的位置，确定激光束2相对于检测***16的对准。例如通过使用计算机程序(步骤1025)，第一和第二图像181和182相对于相应的第一和第二参考点601和602的位置可以允许激光束2的未对准的确定，例如，激光束2的束指向的角度和/或线性分量的不对准的确定。例如，基于第一和第二图像181和182相对于相应的第一和第二参考点601和602的位置，计算机程序可以被配置成使控制器16a确定激光束2的未对准，例如，激光束2的束指向的角度和/或线性分量的未对准。该步骤可包括基于第一和第二图像181和182之一相对于第一和第二参考点601和602(未示出)之一的位置来确定第一和第二对准参数中的一个。激光束2的第一图像181相对于检测平面DP中的第一参考点601的位置可以指示第一束对准参数。激光束2的第二图像182相对于检测平面DP中的第二参考点602的位置可以指示第二束对准参数。第一束对准参数可以对应于激光束2的束指向(或束指向稳定性或精确度)的线性分量。第二束对准参数可以对应于激光束2的束指向(或束指向稳定性或精确度)的角度分量。基于衍射光学***17的配置，即第一和第二透镜的相对布置，透镜的数量和/或第一和第二图像181和182相对于相应的第一和第二参考点601和602的位置，计算机程序可以被配置成使控制器16a导出第一和/或第二束对准参数。计算机程序可以被配置成使控制器16a向用户提供关于束指向的线性和角度分量的信息，这对于激光束2相对于检测***16的对准可能是必需的。
可以连接到检测***16的控制器16a可以被配置成显示第一和第二图像181和182相对于相应的第一和第二参考点601和602的位置。这可以为用户提供视觉反馈(步骤1030)。当检测到未对准时，该方法包括使激光束2相对于检测***16对准，使得第一和第二图像181和182的位置对应于第一和第二参考点601和602在检测平面DP中的位置(步骤1035)。该步骤可包括调节束传递***1a的一个或更多个光学装置和/或激光器1相对于检测***16的位置。确定激光束2的束指向的角度和/或线性分量可以促进激光束2相对于检测***16的对准。
应当理解，在一些实施例中，控制器16a可以是处理***或控制单元的一部分或包括在处理***或控制单元中。一种计算机程序，当由控制器16a执行时，使控制器16a确定激光束2相对于检测***16的对准。例如，计算机程序可以被配置成使得控制器16a基于第一图像181和第二图像182在检测平面DP中的位置来确定激光束2相对于检测***16的对准。
计算机程序可以被配置成使控制器16a提供和/或显示与激光束2相对于检测***16的对准有关的信息。该信息可以指示激光束2相对于检测***16的对准。该信息可以包括在检测平面DP中的至少两个图像的位置中的至少一个(例如相对于第一和第二参考点中的至少一个)和/或第一和第二对准参数中的至少一个。计算机程序可以被配置成使控制器16a显示信息以向用户提供视觉反馈，例如，在控制器16a的显示器上，由图8中的附图标记16b表示。这可以允许用户将激光束2相对于检测***16对准，例如，通过调节束传递***1a的一个或更多个光学装置或激光器1的位置或方向，同时控制器16a通过显示器16b提供视觉反馈。为清楚起见：图中的标记“dx”和“dy”分别表示平行于x轴以及在y方向上的增量移位；图中的标记“drx”和“dry”分别表示围绕x轴和围绕y轴的增量旋转。
计算机程序可以被配置成使控制器16a识别束传递***1a的需要调节的光学装置，和/或识别激光束2相对于检测***16的对准所需的光学装置的调节的程度或水平。计算机程序可以被配置成使控制器16a向用户提供指示需要调节的光学装置的信息和/或指示激光束2相对于检测***16的对准所需的光学装置的调节的程度或水平的信息。计算机程序可以被配置成使控制器16a基于束传递***1a的一个或多个属性识别需要调节的光学装置，例如，束传递***1a的一个或更多个光学装置相对的布置或方向(例如光学布局)，和/或束传递***1a中的所述一个或更多个光学装置/一个或更多个光学装置中的每个的位置。通过配置计算机程序以使控制器16a识别束传递***1a的需要调节的光学装置，可以促进和/或加速激光束2相对于检测***16的对准过程。控制器16a可以提供信息，该信息可以用作服务工程师或其他操作者的反馈，以调节对准。在一些实施例中，控制器16a可以指导操作者关于移动哪个操纵器以及移动多少。
计算机程序可以被配置成使控制器16a致动束传递***1a的需要调节的光学装置，以使激光束2相对于检测***16对准。可以以操纵器、马达等形式提供的致动器可以被耦接或连接到束传递***1a的需要整的光学装置。可选地或另外地，致动器可以耦接或连接到束传递***1a的每个光学装置。所述致动器/每个致动器可以与控制器16a通信、耦接或连接。例如响应于从控制器16a传输到所述致动器/每个致动器的信号，所述致动器/每个致动器可以被配置成移动或调节束传递***1a的所述光学装置/每个光学装置一调节程度或水平，该调节程度或水平为将激光束2相对于检测***16a对准所需要的。这可以允许紧凑的对准***15，其中计算机程序可以使控制器16a检测激光束2相对于检测***16的对准并且致动所述光学装置/每个光学装置以使激光束相对于检测***对准，例如当检测到未对准时。附加地或替代地，所述致动器/每个致动器的设置可以允许对准***15被自动化。在一些实施例中，可以提供光束稳定性，其中对准***检测束漂移并主动补偿漂移以保持对准是稳定的。
应当理解，在一些实施例中，可以在载体介质上提供计算机程序。载体介质可以是有形的非瞬态载体介质，例如闪存驱动器、记忆棒、光盘或载体、磁盘或载体、存储器、ROM、RAM和/或类似物。载体介质可以是、包括非有形载体介质或包含在非有形载体介质中，例如电磁波、电子或磁信号、数字数据和/或类似物。
虽然已经描述了对准***用于光刻***的束传递***中，但是应该理解，对准***不限于这种用途，而是可以附加地或替代地布置在光刻设备的照射***中，在辐射源和光刻设备之间或在光刻设备或光刻***的另一部分中。应该进一步理解的是，这里描述的对准***不限于在光刻***中的使用，而是可以应用于可能需要相对于检测器或一个或更多个光学部件(例如反射镜、透镜或其他光学装置)对准光束的其他的光学***中。
应当理解，第一图像不限于是第零阶衍射级的图像，并且第二图像不限于是第一阶衍射级的图像。例如，在其他实施例中，可以选择衍射光学***的两个焦距，使得激光束的对准的变化(例如束指向的稳定性或精确度的线性和角度分量)在检测平面中是可见的/可检测的和/或可被确定的。计算机程序可以使控制器检测和/或确定激光束对准的变化。如上所述，激光束方向的改变或激光束垂直于激光束传播轴的移位可能导致激光束的第一和/或第二图像在检测平面中的位置的改变。基于第一和第二图像在检测平面中的位置和/或光学装置的布置(例如，光学装置中第一和第二元件的相对布置)，计算机程序可以被配置成使控制器确定激光束的对准，例如，束指向的稳定性或精确度的线性和角度分量。
虽然图4示出了参考元件18被放置在参考平面RP中，但是应当理解，在其他实施例中，参考元件可以放置在辐射束2的路径中的另一个位置处。例如，参考元件18可以放置在检测平面DP中，并且中继透镜可以用于将参考元件的图像投影在检测器上(在该实施例中，检测器可以放置在检测平面的外面/远端)。在一些实施例中，可以不提供物理参考元件，并且可以选择任何选择的横向平面作为参考平面，而不在参考平面处提供任何物理参考元件。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应该理解，本发明可以不同于所描述的方式实施。例如，上面已经在光刻***的背景下讨论了电磁辐射束的对准。还应该理解，本发明的对准***也可以应用于其他应用领域，例如金属切割或光学测量。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。因此，对于本领域技术人员来说，将明白在不背离下文所阐明的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (13)

1.一种辐射源***，包括对准***，所述对准***被配置成用于确定电磁辐射束相对于参考平面中的参考位置的位置，并且用于确定所述电磁辐射束相对于所述参考平面中的参考方向的方向，其中：
所述对准***被配置成用于将表示与所述参考平面相交的所述电磁辐射束的图像投影到检测平面上；
所述对准***包括衍射光学***；
所述衍射光学***是能够操作的以将所述电磁辐射束衍射成不同的衍射级；
所述衍射光学***具有第一透镜和第二透镜；
所述第一透镜是能够操作的以在所述检测平面中的第一部位上产生所述不同的衍射级中的第一特定衍射级的第一投影；和
所述第二透镜是能够操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位的第二部位上产生所述不同的衍射级中的第二特定衍射级的第二投影。
2.根据权利要求1所述的辐射源***，其中，所述第一投影和所述第二投影基本上不重叠。
3.根据权利要求1或2所述的辐射源***，其中：
所述不同的衍射级中的所述第一特定衍射级为第零阶衍射级；
所述第一透镜是能够操作的以将所述电磁辐射束在与所述参考平面的横截面中的强度分布的第一图像投影到所述检测平面上；和
所述不同的衍射级中的所述第二特定衍射级为第一阶衍射级；
所述第二透镜的焦距基本上等于所述第二透镜与所述检测平面之间的距离。
4.根据权利要求1、2或3所述的辐射源***，其中：
所述衍射光学***具有第三透镜；和
所述第三透镜是能够操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位且不同于所述第二部位的第三部位上产生所述不同的衍射级中的第三特定衍射级的第三投影。
5.根据权利要求4所述的辐射源***，其中：
所述不同的衍射级中的所述第二特定衍射级为第一阶衍射级；和
所述不同的衍射级中的所述第三特定衍射级为另一个第一阶衍射级。
6.根据权利要求1或2所述的辐射源***，其中：
所述衍射光学***具有第三透镜、第四透镜和第五透镜；
所述第三透镜是能够操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位且不同于所述第二部位的第三部位上产生所述不同的衍射级中的第三特定衍射级的第三投影；
所述第四透镜是能够操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位、不同于所述第二部位、且不同于所述第三部位的第四部位上产生所述不同的衍射级中的第四特定衍射级的第四投影；以及
所述第五透镜是能够操作的以在所述检测平面中的不同于所述第一部位、不同于所述第二部位、不同于所述第三部位、且不同于所述第四部位的第五部位上产生所述不同的衍射级中的第五特定衍射级的第五投影。
7.根据权利要求6所述的辐射源***，其中：
所述衍射光学***实现二维光栅；
所述二维光栅是能够操作的以产生四个不同的第一阶衍射级(0，1)、(1，0)、(-1，0)和(0，-1)；
所述不同的衍射级中的所述第一特定衍射级为第零阶衍射级；
所述不同的衍射级中的所述第二特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第一个；
所述不同的衍射级中的所述第三特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第二个；
所述不同的衍射级中的所述第四特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第三个；
所述不同的衍射级中的所述第五特定衍射级是所述四个不同的第一阶衍射级中的第四个；
所述第一透镜是能够操作的以将所述电磁辐射束在与所述参考平面的横截面中的强度分布的第一图像投影到所述检测平面上；和
所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜和所述第五透镜中的每一相应的透镜具有各自的焦距，所述焦距基本上等于相应的透镜与所述检测平面之间的距离。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的辐射源***，其中所述衍射光学***包括全息图。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的辐射源***，其中，所述对准***包括检测***，所述检测***被配置成用于检测所述第一投影和所述第二投影。
10.根据权利要求9所述的辐射源***，其中，所述对准***包括：
光学装置，被配置成用于控制以下中的至少一个：
所述电磁辐射束相对于所述参考位置的位置；和
所述电磁辐射束相对于所述参考方向的方向；
致动器，配置成用于调节所述光学装置的另外的位置和方向中的至少一个；和
控制器，配置成用于接收来自所述检测***的输出信号，并用于依据所接收的所述输出信号控制所述致动器。
11.一种对准***，配置成用于根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的辐射源***。
12.一种光刻设备，包括根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的辐射源***。
13.一种全息图，配置成用于根据权利要求8所述的辐射源***中。
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