CN107407644B - 全反射性晶片缺陷检验及重检系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用于将从目标衬底反射的红外到真空紫外VUV光反射朝向传感器的方法及设备。所述系统包含：第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的所述红外到VUV光；及第二镜，其经布置以接收且反射由所述第一镜反射的红外到VUV光。所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到VUV光反射朝向所述设备的光轴。在另一实施例中，所述设备还可包含：第三镜，其经布置以接收且反射由所述第二镜反射的所述红外到VUV光；及第四镜，其经布置以接收由所述第三镜反射的此照明光，且将所述照明光反射朝向所述传感器。在又一实施例中，使用反射或折射光学器件，将通过上述光学器件的图像中继到所述传感器；通过调整所述中间图像与所述中继光学器件之间的距离来实现各种放大率。

Description

全反射性晶片缺陷检验及重检系统及方法

相关申请案的交叉参考

本申请案主张以下先前申请案的权利：(i)张时雨(Shiyu Zhang)等人于2015年3月4日申请的第62/128,465号美国临时申请案，(ii)张时雨等人于2015年3月4日申请的第62/127,827号美国临时申请案，及(iii)张时雨等人于2015年5月20日申请的第62/163,979号美国临时申请案，所述申请案的全文出于全部目的而以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及晶片检验的领域。更特定地说，本发明涉及用于检验在红外下到真空UV(VUV)带的光谱带或甚至更深光谱带下的晶片的全反射性系统。

背景技术

一般来说，半导体制造产业涉及用于使用经分层且经图案化到衬底(例如硅)上的半导体材料制造集成电路的高度复杂技术。集成电路通常由多个主光罩制造。主光罩的产生及此类主光罩的后续光学检验已变为半导体生产中的标准步骤。最初，电路设计者将描述特定集成电路(IC)设计的电路图案数据提供给主光罩生产系统或主光罩写入器。

归因于大规模的电路集成及半导体装置的大小不断减小，主光罩及所制造装置变得对缺陷越来越灵敏。即，引起装置中的故障的缺陷变得越来越小。在运送给终端用户或顾客之前，一般可要求装置无故障。

持续需要经改善检验系统及特定来说在非常低波长(例如从红外下到真空紫外(VUV))下的经改善检验系统。

发明内容

以下呈现本发明的简要概述以提供对本发明的某些实施例的基本理解。本概述并非本发明的广泛综述且并未识别本发明的关键/重要元素或划界本发明的范围。其唯一目的在于以简化形式呈现本文中揭示的某些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。

在一个实施例中，揭示一种用于将从目标衬底反射的照明光反射朝向传感器的设备。所述设备包含：照明源，其用于产生照明目标衬底的红外到真空UV光谱带光；及物镜光学器件，其用于响应于照明所述目标衬底的所述经产生红外到真空UV光谱带光而接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空UV光谱光。所述设备进一步包含传感器，所述传感器用于检测由所述物镜光学器件反射的红外到真空UV光谱光，且所述物镜光学器件包括：(i)第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空UV光谱光；(ii)第二镜，其经布置以接收且反射由所述第一镜反射的红外到真空UV光谱光，其中所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到真空UV光谱光反射朝向所述设备的光轴；(iii)第三镜，其经布置以接收且反射由所述第二镜反射的红外到真空UV光谱光；及(iv)第四镜，其经布置以接收由所述第三镜反射的红外到真空UV光谱光且将其反射朝向所述传感器。

在特定实施方案中，所述第一镜及所述第二镜中的至少一者是非球面的，以减小对所述第四镜的中心遮拦。在一个方面中，所述第一镜是球面的，且所述第二镜、所述第三镜及所述第四镜是非球面的。在又一方面中，所述第一镜及所述第三镜是凹的，且所述第二镜及所述第四镜是凸的。在另一方面中，所述第一镜及所述第二镜是球面的，且所述第三镜及所述第四镜是非球面的；所述第一镜、所述第三镜及所述第四镜是凹的，且所述第二镜是凸的。在另一实例中，所述第一镜、所述第二镜、所述第三镜及所述第四镜是非球面的；所述第一镜、所述第三镜及所述第四镜是凹的，且所述第二镜是凸的。在特定实施方案中，从所述目标衬底到图像传感器之间的放大率介于2X与1500X之间。在另一方面中，从所述目标衬底到中间图像之间的放大率介于2X与1500X之间。

在另一实施方案中，所述第四镜的大小经最小化以限制后焦距。在另一方面中，所述设备包含一或多个折叠镜，所述一或多个折叠镜用以接收从所述第四镜反射的光且将中间图像中继到所述传感器上以最小化所述设备的占据面积。在一个实例中，所述一或多个折叠镜包括单个中继镜，且所述设备进一步包括定位机构，所述定位机构用于移动所述中继镜以使中间图像与所述中继镜之间的距离变化且改变放大率。在另一实例中，所述一或多个折叠镜包括具有不同焦长的多个中继镜，且所述设备进一步包括定位机构，所述定位机构用于在所述中继镜的不同中继镜中切换以使中间图像与所述中继镜之间的距离变化且改变放大率。在另一实施例中，所述第二镜与所述第四镜之间的间隙具有照明及/或自动聚焦插入到其中的大小。在另一方面中，所述第二镜与所述第三镜之间的红外到VUV光是近准直的。

在替代实施例中，所述设备包含：照明源，其用于产生照明目标衬底的红外到VUV光；及物镜光学器件，其用于响应于照明所述目标衬底的所述经产生红外到VUV光谱带光而接收且反射从所述目标衬底反射的红外到VUV光。此设备还包含传感器，所述传感器用于检测由所述物镜光学器件反射的红外到VUV光，且所述物镜光学器件包括：(i)第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的红外到VUV光；及(ii)第二镜，其经布置以接收由所述第一镜反射的红外到VUV光且将其反射朝向所述传感器。所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到VUV光反射朝向所述设备的光轴。

下文参考图式进一步描述本发明的这些及其它方面。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的检验设备的图解表示。

图2是实例物镜光学器件设计形式的镜分布的光线图。

图3是具有另一设计形式的物镜光学器件的镜分布的光线图。

图4是物镜光学器件的实例四镜分布的光线图。

图5是施瓦兹希尔德(Schwartzchild)物镜光学器件的另一实例两镜分布的光线图。

图6A及6B说明根据本发明的特定第一实施例的4镜设计。

图7A及7B说明根据本发明的第二实施例的另一4镜设计。

图8A及8B说明根据本发明的第三实施例的另一4镜设计。

图9A及9B说明根据本发明的替代实施方案的施瓦兹希尔德设计的图解表示。

图10A及10B展示其中形成完美中间图像的两镜施瓦兹希尔德型设计的替代实施例及将此完美中间图像中继到图像检测器上的凹镜。

图11A及11B展示根据本发明的另一实施例的具有照明及/或自动聚焦插入的4镜设计。

具体实施方式

在以下描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。可在无一些或全部这些具体细节的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的组件或过程操作以免不必要地使本发明不清楚。虽然将结合特定实施例来描述本发明，但将了解，并不希望将本发明限制于所述实施例。

经设计以用于具有在13nm波长光附近的操作的缺陷或图案重检应用的一些红外到VUV显微镜物镜(具有经多层涂布或简单经金属涂布的镜)是基于四非球面镜设计。非球面的制造及测试可为困难的且昂贵的，这是因为与球面镜相比，其需要更多过程步骤，这增加了制造成本。另外，设计增加最接近晶片的镜的可制造性且实现足够大以实现将照明或自动聚焦引入到目标的工作距离同时最小化检验工具的总占据面积及成本的物镜将为有益的。

图1是根据本发明的一个实施例的检验设备的示意图。设备100包含红外到VUV照明源102、照明镜(或透镜系统)104、目标衬底106、衬底固持器107、物镜光学器件108、传感器(检测器)110，及数据处理系统112。

照明源102可包括(例如)输出光束122的激光诱发等离子体源。在一个实施例中，光在约13.5nm的波长下。照明镜104(或透镜系统)反射且引导光，使得入射光束124照明目标衬底106。在本发明的一个实施例中，目标衬底106是正被检验中的半导体晶片。可通过可控制地平移衬底固持器107使得检验设备的视野(FOV)覆盖待检验的衬底上的区域而在光束124下扫描目标衬底106。

输出光126从目标衬底106反射到反射性物镜光学器件108。下文关于图2到11B来详细描述物镜光学器件108的某些实施例。

物镜光学器件108将输出光的投影128输出到传感器110上。适合的传感器包含电荷耦合装置(CCD)、CCD阵列、时间延迟积分(TDI)传感器、TDI传感器阵列、光电倍增管(PMT)，及其它传感器。

可通过数据处理系统112或更一般来说通过信号处理装置处理由传感器110检索的信号，所述信号处理装置可包含经配置以将来自传感器110的模拟信号转换成数字信号以进行处理的模/数转换器。数据处理系统112可经配置以分析所感测光束的强度、相位及/或其它特性。数据处理系统112可经配置(例如，运用编程指令)以提供用户接口(例如，在计算机屏幕上)以显示所得测试图像及其它检验特性。数据处理系统112还可包含一或多个输入装置(例如，键盘、鼠标、控制杆)以提供用户输入，例如改变检验阈值。在某些实施例中，数据处理系统112还可经配置以实行检验技术。数据处理系统112通常具有经由适当总线或其它通信机构耦合到输入/输出端口及一或多个存储器的一或多个处理器。

根据一个实施例，数据处理系统112可处理且分析经检测数据以进行检验及缺陷检测。举例来说，处理系统112可经配置以执行以下操作：产生样本的测试光强度图像，其包含测试透射图像及/或测试反射图像；及基于参考图像(来自经成像样本或来自设计数据库)分析测试光强度图像以识别缺陷。

因为此信息及程序指令可实施于经特殊配置的计算机系统上，所以此系统包含用于执行本文中描述的各种操作的可存储于计算机可读媒体上的程序指令/计算机程序代码。机器可读媒体的实例包含但不限于磁性媒体，例如硬盘、软盘及磁带；光学媒体，例如CD-ROM光盘；磁光媒体，例如光盘；及经特殊配置以存储且执行程序指令的硬件装置，例如只读存储器装置(ROM)及随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含例如由编译器产生的机器码及含有可由计算机使用解译器执行的较高级程序代码的文件两者。

图2是实例物镜光学器件设计的镜分布的光线图。在此实例中，M1、M2、M3及M4镜(202、204、206及208)经布置使得输出光按所述顺序从M1、M2、M3及M4镜(分别为202、204、206及208)反射。

图3是替代物镜光学器件设计形式的镜分布的光线图。

为最小化中心遮拦同时增加最接近晶片平面的镜(例如，如图2中所指示的“M2”)的可制造性，有益地使M2弯曲远离晶片。然而，一般认为，为使镜M2弯曲远离晶片，将产生弯曲图像。接着，弯曲图像通常需要图像中继镜以校正场曲率，这还增加了系统中元件的数目，而降低系统处理量且增加拥有系统的成本。

图4是物镜光学器件的实例四镜分布的光线图。此系统利用四个非球面镜M1、M2、M3及M4(402、404、406及408)以在大视野内实现相当良好的性能。为最小化此设计中的中心遮拦，即使最接近晶片平面的镜(M2)被有意地塑形为弓形以增加衬底厚度，此镜仍需要相当薄。此镜M2的镜直径对衬底厚度宽高比还需要非常高，这使制造非常困难且昂贵。另外，对于合理大小的镜M2(例如，直径为约300mm)，难以具有大于1.0mm的工作距离。

在某些其它实施方案中，如图5中所展示那样配置与使用非常有趣的施瓦兹希尔德物镜。此物镜利用凹非球面镜M1(502)及凸球面镜M2(504)以实现具有0.82或更大的斯特列尔比(Strehl Ratio，S.R.)的大致40um的FOV(视野)。

此设计是反直觉的，因为光线NA从大变为甚至更大；而通常对于高NA(数值孔径)系统，期望逐渐减小系统的NA。施瓦兹希尔德型物镜的一个缺点在于NA在较小镜(例如，M4408)上增加，而使对准容差非常紧缩。

然而，此种设置具有极长工作距离，这消除制造如图2到4中的薄M2镜的需要。另外，在大工作距离的情况下，照明及自动聚焦还可穿过镜的侧面或在M2下方进入系统。据信，此设计配置的优点胜过缺点。

运用施瓦兹希尔德物镜来取代M1/M2物镜头(如同图2到4中的四镜设计中的物镜头)也将为有益的。

图6A及6B说明根据本发明的第一实施例的4镜设计。图6A展示更详细光线分布，而图6B仅出于说明目的展示简化的两光线实例。从晶片表面，存在第一凹球面镜M1(602)、凸非球面镜M2(604)、凹非球面镜M3(606)及凸非球面镜M4(608)。此发明配置及某些其它发明配置的一个特征在于：与远离目标平面618相比，M1镜经布置以使光线更加弯曲朝向光轴(例如，616)，即增加镜M2(604)上的光线入射角。镜M1(602)不一定为球面镜(其可为非球面的)，而镜M2(604)、M3(606)及/或镜M4(608)可为球面镜。

中间图像经形成于M2与M3之间，且大致在M4的物理位置处。在M1与M2之间，这两个镜中的至少一者构造为非球面镜，以减小对M4的中心遮拦。在所展示的此特定设计实例中，M2及M3以及M4是非球面的。

M4的大小严重影响系统的总长度(OAL)。总大小将大致为：

其中Dia_M4是M4的直径，Mag是系统的放大率，且NA是物体处的数值孔径。

期望减小每一镜(尤其最接近检测器(或TDI)的镜，在此情况中为M4)的大小，同时保持广范围或可接受范围的放大率。然而，小非球面镜通常难以制造。另外，由于小镜将吸收大量热量，所以热管理还可为挑战。在某些实施例中，对于在2X到1500X的范围内的放大率，M4镜具有大于或等于约20mm的直径。对于此特定设计实例，将M4的直径(Dia_M4)选取为20mm，而具有600X的系统放大率及0.9NA的系统BA。运用这些规格，OAL(总长度)可超过10米。应注意，系统是可扩缩的，且镜大小可经优化以使其更容易制造且测试。还可通过轴向地调整四个镜中的一或多者来改变放大率。举例来说，控制器112可包含定位机构以移动任何实施例的系统镜中的任一者。

表1中列出对图6A及6B的物镜的透镜描述。视野(FOV)是约100um。

表1：4镜实施例透镜描述

4镜实施例还可具有以下特性，如表2中所说明：

场大小	100μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150nm

表2：4镜实施例特性

对于本文中描述的表，应注意，正半径指示曲率中心在光学表面的右侧，而负半径指示曲率中心在左侧(例如，朝向物体)。尺寸是以毫米为单位给出(除明确注明之处以外)且厚度是距下一表面的轴向距离。

在本文中描述的某些物镜系统实施例中，镜中的至少一者是非球面的(即，图6A的M2、M3及M4镜)。非球面的形式可由以下方程式_1(Equation_1)表示：

其中：

z是表面垂度(surface sag)；c是表面极点处的曲率(CUY)；且k是二次曲线常数(K)。A、B、C、D、E、F、G、H及J分别为第4、第6、第8、第10、第12、第14、第16、第18及第20阶变形系数。r是

对于图6A的设计，可针对M2、M3及M4镜的非球面常数使用以下值，如下文在表3中列出：

表3：4镜实施例非球面常数

大镜的直径优选小于250mm的直径。较大镜通常将花费较长时间制造且花费较多空间及时间涂布。然而，极小非球面镜也难以制成。

如所展示，镜M1、M3及M4具有从至少另一镜反射的光可通过的中心开口。举例来说，镜M4具有从镜M2(604)反射的光通过其的开口610。镜M3(606)具有从镜M4(608)反射的光通过其的开口612。镜M1具有从镜M2反射的光通过其的开口609。

每一开口还可放置于从至少一个前述镜、所关注物体或另一物体反射的光的经遮拦位置处。如所展示，第二M2镜(604)还从来自目标的射入光部分遮拦M1镜(602)。换句话说，M1镜602的区域的部分由M2镜604阻挡以防接收到从目标衬底106反射的光126。此外，由M2镜(604)反射的光通过镜M1的开口609以到达M3镜(606)，所述M3镜(606)将此光反射朝向M4镜(608)，所述M4镜(608)将光反射朝向传感器110。

图6A及6B的系统还包含定位于镜M1处的光阑(stop)630。

NA规格可由对特定节点的灵敏度要求确定。通常，NA越高，系统性能越佳。然而，NA可缩小到较小值。在某些实施例中，物镜光学器件的NA经选择而具有是0.3到0.99NA的范围。对于图6A到6B的物镜光学器件的此实施方案，NA是0.9，且放大率是600X。然而，对于替代实施例，NA可更大。放大率规格可取决于检验系统中所实施的传感器类型的像素大小。在具有0.3到0.95的范围内的NA的另一实施例中，放大率具有10到1500的范围。

视野规格通常经选择以实现相对较短的检验时间。在某些实施方案中，由物镜实现的视野的线性大小是至少40微米(μm)且更明确来说线性尺寸是至少600μm。举例来说，视野可介于40μm与600μm之间。对于图6A及6B的实施例，视野的大小可为100微米。

工作距离是目标衬底106与最近的光学元件(通常为镜M2 604)之间的距离。然而，在此情况中，最近的光学元件是M1镜602，这是因为将此镜602推离镜106以减小中心遮拦。工作距离经选择以提供足够空间以照明目标衬底106且安装最近的光学元件(例如，M1镜602)。在一般实例中，工作距离是至少10毫米(mm)。在图6A及6B的所说明实施例中，距弯曲表面的工作距离远大于20mm，使得甚至在此之后为M1的合理衬底厚度及其安装硬件留下空间。

总光程(total track)可定义为从目标衬底106到传感器110的距离。一般来说，总光程大小受限于待放置工具的可用无尘室空间。在此特定实施例中，总光程是约7620mm，这意谓光束路径的折叠可为必要的。期望最小化折叠的数目以减小对系统光预算的影响。

图7A及7B说明根据本发明的第二实施例的另一4镜设计。从晶片表面，存在第一凹球面镜M1、凸球面镜M2、凹非球面镜M3及凹非球面镜M4。代替使中间图像形成于M2与M3之间，中间图像形成于M3与M4之间。与图6A及6B中的设计相比，M2上的光线角的弯曲较不严重，而使M2的偏心及倾斜灵敏度较不灵敏。FOV可大于图6A及6B的FOV。M1及M2可为球面镜，而使系统制造更廉价。通常控制M4的大小以控制中心遮拦。FOV是约160um。

下文在表4到6中列出此4镜设计2的透镜数据。M3及M4是q型非球面。

表4：4镜实施例2的透镜描述

此第二替代4镜实施例还可具有以下特性，如表5中所说明：

场大小	160μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150.00nm

表5：4镜实施例2的特性

在图7A及7B中，可针对M3及M4镜的非球面常数使用以下值，如下文在表6中列出。设计者可希望明确控制表面的轴截距及轴曲率同时还能够精确表示二次曲线。Q表面类型遵循方程式2：

其中z是表面垂度，且

是半径对此表面上的最大半径的比。对于Q表面类型的详细定义，请参阅如出版于《光学快报(Optics Express)》(Opt.Exp.15，5218-5226，2007年)中的由福布斯博士(Dr.Forbes)撰写的论文。

表6：4镜实施例2的非球面常数

图7A及7B中展示的设计中的M1及M2镜是球面镜，且其可为非球面的以增强系统性能，使得可实现远远更大的FOV。图8A及8B中说明所得第三设计实施例，且下文在表7到9中列出透镜数据。即，M1镜及M2镜(802及804)以及M3镜及M4镜(806及808)是非球面的。在此实例中，FOV可大到600um。

表7：4镜实施例3的透镜描述

此替代4镜实施例还可具有以下特性，如表8中所说明：

场大小	600μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150.00nm

表8：4镜实施例3的特性

在图8A及8B中，可针对M1、M2、M3及M4镜的非球面常数使用以下值，如下文在表9中列出：

表9：4镜实施例2的非球面常数

还可配置两镜施瓦兹希尔德设计。图9A及9B说明根据本发明的一个实施例的施瓦兹希尔德设计的图解表示。如所展示，此设计包括凹非球面镜M1(902)及凸非球面镜M2(904)。为使系统的NA增加到0.9同时增加FOV，两个镜均为非球面的。中心遮拦限于非常合理的0.22NA。与先前三个设计相比，FOV是80um，略小。然而，图9A及9B的设计利用仅两个镜以提供更低成本的物镜。在此特定设计中，M2的大小是直径为20mm，且M1的大小是约232mm。

在表10中列出图9A及9B中的设计的透镜列表。

表10：2M设计1的透镜列表

此替代2镜实施例还可具有以下特性，如表11中所说明：

场大小	80μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150.00nm

表11：2镜实施例1的特性

在图9A及9B中，可针对M1及M2镜的非球面常数使用以下值，如下文在表12中列出：

表12：2镜实施例的非球面常数

图6A到9B中的设计具有相对较长的后焦距。可使用光的一或多个折叠以将系统占据面积限制于合理体积内。图10A及10B展示其中通过两个镜M1及M2(1002及1004)物镜形成完美图像或所谓的衍射限制中间图像的两镜施瓦兹希尔德型设计的变型。在此设计中，凹镜M3(1006)经定位以将完美中间图像中继到图像检测器(1008)上，所述图像检测器(1008)可为例如TDI或任何其它类型的传感器。

在更特定实施例中，从目标到中间图像的第一级的放大范围介于约2X与1500X之间。在其它实施例中，此放大范围介于约10X与200X之间。中间图像处的放大率可为非常大的，例如25X到50X或甚至更大，使得中间图像的NA相对较小。举例来说，对于50X物镜，中间图像处的NA将为0.018NA。对于此小NA，如果与中间图像的大小相比，中继镜的有效焦长是大的，那么中继镜(1006)可被视为完美中继镜，使得从中间图像到最终图像传感器(1008)将未引入图像降级。另外，因为与中继镜(1006)的焦长相比的低NA及相对小图像高度，制造容差及集成容差将极其宽松。

下文在表13中列出图10A及10B中的设计的透镜描述。在此设计实例中，将中间图像平面处的放大率选择为50X。

如先前论述，最后镜(在两镜设计中为M2且在四镜设计中为M4)的大小通常经最小化以限制后焦距，其主导总系统占据面积。运用具有图像中继的设计的一个优点在于缓解在中间图像之前最小化最后镜的大小的要求。小镜(对应地为M2或M4)的大小可为更大，以更具可制造性且减小此镜上的加热负荷。

通过使中间图像与图像中继镜之间的距离变化，可例如经由控制器112而实现不同放大率。唯一缺点在于，为最佳聚焦将必须移动传感器位置。在一些情况中，传感器(如同TDI传感器)在全部布线及电缆经连接的情况下是笨重的。单个镜可起到实现所有必要的放大的作用。为最小化图像传感器的移动范围，可利用具有不同有效焦长的多个中继镜。宽松的集成容差使可在不同组的中继镜中进行切换。

此中继镜不限于单个镜，其可由单个透镜或多个透镜取代。在一些情况中，可利用多个镜以使图像平面静止。

下文在表13中列出图10A及10B中的设计的透镜列表。元件3是完美中间图像所定位之处。

表13：具有中继镜的2M设计的透镜列表

具有中继镜的此替代2镜实施例还可具有以下特性，如表14中所说明：

场大小	80μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150.00nm

表14：具有中继镜的2镜的特性

在图10A及10B中，可针对M1及M2镜的非球面常数使用以下值，如下文在表15中列出：

表15：具有中继镜的2镜的非球面常数

在上文表13中，元件4对应于倾斜约3度的M3镜(1006)。

类似于两镜施瓦兹希尔德物镜，如图6A到8B中的全部四镜设计可利用相同原理以通过使用低NA图像中继镜来将“完美”中间图像中继到图像传感器上。

具有具相对较小NA的一或多个中继镜的系统的另一巨大优点是自动聚焦及照明系统设计的设计与实施的简单性。通过选取可优化为完美图像的中间图像处的正确NA，通过将FS(场光阑)直接放置于中间图像的共轭处，可消除场光阑与成像物镜之间的全部额外透镜及光学器件，同时可自动实现从场光阑到晶片的完美中继。具有0.0006到0.45的范围的NA将起作用；0.0045到0.09的优选范围良好运作。

类似于成像路径，因为系统接口处的低NA，自动聚焦及照明路径的对准将极其容易。

对于四镜设计，可增加M2(例如，1004)与M4(例如，1008)之间的间隙以允许将照明及/或自动聚焦插入到物镜M1/M2组合件中。图11A及11B说明此系统，所述系统具有增加的间隙及自动聚焦插入点以经由插入光束分离器(1110)或类似物而将照明及/或自动聚焦(AF)模块(1112)插入于M2镜(1104)与M4镜(1108)之间。照明模块的一个实例包含光源(例如，102)及用于将一或多个入射光束引导朝向目标106的光学器件(例如，104)。

有时期望使M2(1104)与M3(1106)之间的光接近准直以减小照明路径的复杂性，如图11A及11B所展示。在此设计实例中，将放大率选取为50X。

在表16到18中列出图11A及11B实施例的透镜描述。

表16：具有照明插入的4M设计透镜列表

具有中继镜的此替代2镜实施例还可具有以下特性，如表14中所说明：

场大小	360μm
		物镜空间NA	0.9000
波长	150.00nm

表17：具有照明插入的4M设计的特性

在图11A及11B中，可针对4镜的非球面常数使用表18中的以下值：

表18：具有照明插入的4M设计的非球面常数

在上文表16中，元件3对应于光束分离器(1110)，其倾斜成45度，但此角可为任何角，只要不存在光线干涉。

全部四个稍后光学设计均具有极长工作距离且可容易多于20mm，此远大于最先呈现的4镜设计。接近晶片平面的镜(镜M2)的可制造性也得到了极大的增强。在运用厚衬底的情况下，用于冷却光学器件的当前唯一选项是空气冷却。另外，长工作距离可实现从M1的侧或甚至在M1下方引入照明。

本发明的某些实施例还可包含在系统中引入低NA中间图像，且使用单个元件中继镜将中间图像中继到传感器上。中间图像可设计为衍射限制，这是因为中继镜处的NA相对较小，且中继镜的相差可对总体系统中继具有最小贡献。通过调整中继镜与中间图像之间的间距，可配置连续变焦中继。此中继还消除对最小化最后成像镜的大小的需要，而使较小镜的冷却及制造更为可行。另外，使用电动折叠镜(例如，1006)可使总系统占据面积相当小。

通过引入中间图像，归因于中间图像处的较低NA，AF及照明光学器件还可更加容易地制造且对准。通过此概念的实施可容易实现衍射限制性能。

表达为光瞳面积的分率，小于20％到25％的遮拦分率优选。通常通过借助第二镜(或如上文描述的M2)阻挡或遮蔽从目标反射的光而产生4镜设计中的遮拦。最小化M2的反射表面及外围支撑件两者的大小将最小化遮拦。M2的结构支撑件的设计提供足够刚性，使得环境干扰或振动不驱使或导致M2位置的动态扰动，且因此不驱使或导致图像质量通过模糊而降级。

由于用单层或多层涂布用于红外到VUV光的镜以达到适当反射率，所以还考虑高度弯曲元件中的任一者上的入射角范围，且其限制在单层或多层沉积工艺技术的极限内。

虽然已出于清楚理解的目的而详细描述前述发明，然将明白，可在所附权利要求书的范围内实践某些改变及修改。应注意，存在实施本发明的过程、系统及设备的许多替代方式。举例来说，在用于成像来自除晶片以外的任何物体(例如主光罩等)的红外到VUV光的任何适合系统中可利用上文描述的物镜系统实施例。因此，本实施例应被视为阐释性的且非限制性的，且本发明不限于本文中给出的细节。

Claims (22)

1.一种用于将从目标衬底反射的照明光反射朝向传感器的设备，所述设备包括：

照明源，用于产生照明目标衬底的红外到真空紫外光谱带光；

物镜光学器件，用于响应于照明所述目标衬底的经产生的所述红外到真空紫外光谱带光而接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光谱光；及

传感器，用于检测由所述物镜光学器件反射的红外到真空紫外光谱光，

其中所述物镜光学器件包括

第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光谱光，

第二镜，其经布置以接收且反射由所述第一镜反射的红外到真空紫外光谱光，其中所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到真空紫外光谱光反射朝向所述设备的光轴，其中用于由所述第二镜接收的经反射的所述红外到真空紫外光谱光的数值孔径大于用于由所述第一镜接收的经反射的所述红外到真空紫外光谱光的数值孔径，从而导致所述物镜光学器件的工作距离大于10mm，

第三镜，其经布置以接收且反射由所述第二镜反射的红外到真空紫外光谱光，其中所述第一镜及所述第二镜经布置以在所述第二镜与所述第三镜之间形成中间图像，及

第四镜，其经布置以接收由所述第三镜反射的红外到真空紫外光谱光，且将所述红外到真空紫外光谱光反射朝向所述传感器。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述目标衬底是半导体晶片。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一镜及所述第二镜中的至少一者是非球面的，以减小对所述第四镜的中心遮拦。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一镜是球面的，且所述第二镜、所述第三镜及所述第四镜是非球面的。

5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第一镜及所述第三镜是凹的，且所述第二镜及所述第四镜是凸的。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一镜及所述第二镜是球面的，且所述第三镜及所述第四镜是非球面的，且其中所述第一镜、所述第三镜及所述第四镜是凹的，且所述第二镜是凸的。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一镜、所述第二镜、所述第三镜及所述第四镜是非球面的，且其中所述第一镜、所述第三镜及所述第四镜是凹的，且所述第二镜是凸的。

8.根据权利要求1所述的设备，其中从所述目标衬底到图像传感器之间的放大率是介于2X与1500X之间。

9.根据权利要求1所述的设备，其中从所述目标衬底到中间图像之间的放大率是介于2X与1500X之间。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第四镜的大小经最小化以限制后焦距。

11.根据权利要求1所述的设备，进一步包括一或多个折叠镜以接收从所述第四镜反射的光，且将中间图像中继到所述传感器上，以最小化所述设备的占据面积。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个折叠镜包括中继镜，且其中所述设备进一步包括定位机构，用于移动所述中继镜以使中间图像与所述中继镜之间的距离变化，且改变放大率。

13.根据权利要求11所述的设备，其中所述一或多个折叠镜包括具有不同焦长的多个中继镜，且其中所述设备进一步包括定位机构，用于在所述中继镜中的不同中继镜中进行切换以使中间图像与所述中继镜之间的距离变化，且改变放大率。

14.根据权利要求1所述的设备，其中所述第二镜与所述第四镜之间的间隙具有照明及/或自动聚焦经插入到其中的大小。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第二镜与所述第三镜之间的红外到真空紫外光是近准直的。

16.一种用于响应于照明目标衬底的红外到真空紫外光而反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光谱带光的物镜光学器件系统，所述系统包括：

第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光，

第二镜，其经布置以接收且反射由所述第一镜反射的真空紫外光，其中所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到真空紫外光反射朝向所述系统的光轴，其中用于由所述第二镜接收的经反射的所述红外到真空紫外光谱光的数值孔径大于用于由所述第一镜接收的经反射的所述红外到真空紫外光谱光的数值孔径，从而导致所述物镜光学器件的工作距离大于10mm，

第三镜，其经布置以接收且反射由所述第二镜反射的红外到真空紫外光，其中所述第一镜及所述第二镜经布置以在所述第二镜与所述第三镜之间形成中间图像，及

第四镜，其经布置以接收由所述第三镜反射的所述红外到真空紫外光，且将所述红外到真空紫外光反射朝向传感器。

17.一种用于将从目标衬底反射的红外到真空紫外光反射朝向传感器的设备，所述设备包括：

照明源，用于产生照明目标衬底的红外到真空紫外光；

物镜光学器件，用于响应于照明所述目标衬底的经产生的所述红外到真空紫外光谱带光而接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光；及

传感器，用于检测由所述物镜光学器件反射的红外到真空紫外光，

其中所述物镜光学器件包括

第一镜，其经布置以接收且反射从所述目标衬底反射的红外到真空紫外光，及

第二镜，其经布置以接收由所述第一镜反射的红外到真空紫外光且将所述红外到真空紫外光反射朝向所述传感器，其中所述第一镜及所述第二镜经布置且经塑形以将来自所述目标衬底的红外到真空紫外光反射朝向所述设备的光轴，其中，与所述第一镜相比，所述第二镜上的光线数值孔径增大，从而导致所述物镜光学器件的工作距离大于10mm。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述第一镜是凹球面镜且所述第二镜是凸球面镜，且其中所述第一镜及所述第二镜是非球面的。

19.根据权利要求17所述的设备，其中从所述目标衬底到图像传感器之间的放大率是介于2X与1500X之间。

20.根据权利要求17所述的设备，其中从所述目标衬底到中间图像之间的放大率是介于2X与1500X之间。

21.根据权利要求17所述的设备，其中所述第二镜的大小经最小化以限制后焦距。

22.根据权利要求20所述的设备，进一步包括一或多个折叠镜以接收从所述第二镜反射的红外到真空紫外光，且将中间图像中继到所述传感器上，以最小化所述设备的大小。

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