專利名稱：用于角分解光譜光刻表征的方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可以在例如借助光刻技術(shù)的器件制造過程中使用的檢驗(yàn)方法，并涉及利用光刻技術(shù)制造器件的方法。
背景技術(shù)：
在使用光刻投影設(shè)備的制造工藝中，通過改變輻射敏感材料(抗蝕劑)的光學(xué)特性或表面物理特性，將(例如在掩模中的)圖案成像在至少部分由一層所述輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上?？蛇x地，該成像步驟可使用一個(gè)無抗蝕劑工藝，例如蝕刻光柵或納米印記技術(shù)。在此成像步驟之前，可以對(duì)該基底進(jìn)行各種處理，例如涂底漆、涂覆抗蝕劑和軟烘烤。曝光后，可對(duì)該基底進(jìn)行其它的處理，例如曝光后烘烤(PEB)、顯影、硬烘烤，以及測(cè)量/檢驗(yàn)成像特征。以這一系列工藝為基礎(chǔ)，對(duì)例如IC的器件的單層形成圖案。然后，對(duì)該圖案層可進(jìn)行各種處理，例如蝕刻、離子注入(摻雜)、金屬噴鍍、氧化、化學(xué)-機(jī)械拋光等等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，則必須對(duì)每個(gè)新層重復(fù)全部步驟或其變化。最終，在基底(晶片)上將出現(xiàn)器件陣列。然后，采用例如切割或鋸斷的技術(shù)將這些器件彼此分離，由此，單個(gè)器件可安裝到載體上、與管腳連接等。
在抗蝕劑(或在刻蝕情況下的基底表面)顯影之后，因?yàn)闇y(cè)量并檢驗(yàn)的步驟是在基底產(chǎn)品加工的正常過程中實(shí)施的，所以一般稱為在線，其通常有兩個(gè)目的。首先，期望檢測(cè)已顯影抗蝕劑中圖案有缺陷的任何靶部區(qū)域。如果有足夠數(shù)量的靶部區(qū)域有缺陷，基底上帶有圖案的抗蝕劑會(huì)被剝離并重新曝光，在好的情況中是可以被正確地重新曝光，而不是用帶有缺陷的圖案實(shí)施例如蝕刻的加工步驟而造成永久缺陷。其次，該測(cè)量可允許檢測(cè)并糾正光刻設(shè)備中的錯(cuò)誤，例如照射設(shè)置或照射劑量，以用于后續(xù)曝光中。然而，光刻設(shè)備中的大量錯(cuò)誤不能被輕易地從印制在抗蝕劑中的圖案里檢測(cè)出來或量化。檢測(cè)到一個(gè)缺陷并不總能直接找出其原因。這樣，已知有多種用于在光刻設(shè)備中檢測(cè)和測(cè)量錯(cuò)誤的離線工序。這些工序可包括以一測(cè)量裝置代替基底，或進(jìn)行專用測(cè)試圖案的曝光，例如在多種不同的機(jī)器設(shè)置下進(jìn)行。這種離線技術(shù)經(jīng)常耗用相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，在此過程中，直到獲得測(cè)量結(jié)果之前，該設(shè)備的最終產(chǎn)品的質(zhì)量將是未知的。因而，通常優(yōu)選在線技術(shù)，可在產(chǎn)品曝光的同時(shí)實(shí)施該技術(shù)，用于檢測(cè)和測(cè)量光刻設(shè)備中的錯(cuò)誤。
散射測(cè)量是可用于在線測(cè)量CD或重疊量的光學(xué)度量技術(shù)的一個(gè)實(shí)例。有兩種主要的散射測(cè)量技術(shù)(1)光譜散射測(cè)量通常利用寬波段光源，例如氙、氘或基于囪素的光源，例如氙弧燈，測(cè)量固定角度的散射光的性質(zhì)(作為波長(zhǎng)的函數(shù))。該固定角度可為垂直入射或傾斜入射。
(2)角分解散射測(cè)量通常利用激光作為單一波長(zhǎng)光源，測(cè)量固定波長(zhǎng)的、作為入射角的函數(shù)的散射光的性質(zhì)。
例如，利用實(shí)時(shí)回歸或者通過與由模擬得到的圖案庫進(jìn)行比較，重建產(chǎn)生反射光譜的結(jié)構(gòu)。重建包括成本函數(shù)的最小化。兩種方法都通過周期性結(jié)構(gòu)計(jì)算光的散射。最常用的技術(shù)為嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)，盡管光散射還可通過其它技術(shù)，例如有限差分時(shí)域(FDTD)或積分方程技術(shù)來計(jì)算。
已知的角分解散射測(cè)量技術(shù)存在的一個(gè)問題是，它們每次僅檢測(cè)一個(gè)波長(zhǎng)，因而具有多于一個(gè)波長(zhǎng)的光譜必須使那些波長(zhǎng)時(shí)分復(fù)用，這增加了檢測(cè)和處理該光譜所需的總采集時(shí)間。在光譜散射測(cè)量中，使用一個(gè)具有較大擴(kuò)展度的擴(kuò)展光源。由于小光柵必須以入射角的較小發(fā)散來照射，因此來自該擴(kuò)展光源的大量光被浪費(fèi)掉。這造成在檢測(cè)器上較低的亮度級(jí)，這會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的采集時(shí)間，并對(duì)生產(chǎn)能力有負(fù)面影響。如果選擇較短的采集時(shí)間，測(cè)量結(jié)果可能不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，例如提供一種方法，用于在利用光刻技術(shù)制造器件的過程中測(cè)量重疊量和光柵形狀參數(shù)(例如光柵非對(duì)稱性和對(duì)齊度)，以及在高NA(數(shù)值孔徑)透鏡的光瞳面(或后焦面)中測(cè)量角分解光譜，將是很有利的。投影系統(tǒng)像差等也可被測(cè)量，以便被糾正或補(bǔ)償。
本發(fā)明的實(shí)施例可包括硬件，該硬件能夠同時(shí)測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)的角分解光譜，能夠?qū)嵤┙胧缴⑸錅y(cè)量和用于角分解散射儀的焦點(diǎn)測(cè)量方法，并能夠測(cè)量二維檢測(cè)器陣列輻射源的強(qiáng)度噪音。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可包括該硬件的應(yīng)用，包括通過測(cè)量散射光的非對(duì)稱性來測(cè)量重疊量，以及通過散射光的瑞利畸變和高衍射級(jí)來測(cè)量小的線形改變。
盡管在本文中本發(fā)明的裝置具體用于制造IC，但應(yīng)明確地理解，這樣的設(shè)備具有許多其它可能的用途。例如，它可被用于制造集成光學(xué)系統(tǒng)、用于磁疇存儲(chǔ)器、液晶顯示板、薄膜磁頭等的引導(dǎo)和檢測(cè)圖案等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在這種可替換的用途范圍中，本文中的術(shù)語“分劃板”、“晶片”或“管芯”的任何使用應(yīng)認(rèn)為分別可以用更通用的術(shù)語“掩?！薄ⅰ盎住焙汀鞍胁俊眮泶?。
在本文件中，使用的術(shù)語“輻射”和“光束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有365、248、193、157或者126nm的波長(zhǎng))和EUV(極遠(yuǎn)紫外輻射，例如具有5-20nm的波長(zhǎng)范圍)，和粒子束，如離子束或者電子束。


現(xiàn)將參照所附示意圖，僅以示例方式，描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中相應(yīng)的參考標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，并且其中圖1描述了一個(gè)光刻投影設(shè)備，該設(shè)備可用于實(shí)施一種根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法；圖2描述了一個(gè)散射儀；圖3描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，在一個(gè)高NA透鏡的光瞳面中測(cè)量一角分解光譜的總體工作原理；圖4a和4b描述了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在確定重疊量中的應(yīng)用；圖5描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，一個(gè)非偏振光束分離器用于分離一部分輻射束的應(yīng)用。
圖6描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用器；圖7描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)波長(zhǎng)解復(fù)用器；圖8描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)中間物平面處的銳緣；圖9a和9b描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例在一檢驗(yàn)光束中具有一形狀的遮攔物；圖10描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的散射光譜不同衍射級(jí)的檢測(cè)圖像；圖11描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，具有兩個(gè)照射光斑的一個(gè)散射儀；圖12描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)橢圓偏振計(jì)；圖13描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，用于在光瞳面和像平面中檢測(cè)圖像的一個(gè)散射儀；并且圖14描述了兩倍于光柵節(jié)距的光柵重疊量。
具體實(shí)施例方式
圖1示意性地描述了一個(gè)光刻投影設(shè)備，該設(shè)備可用于一種根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法中。該設(shè)備包括·一個(gè)輻射系統(tǒng)Ex、IL，用于提供一個(gè)輻射(例如DUV輻射)投影束PB，在這種具體例子中，該系統(tǒng)還包括一個(gè)輻射源LA；·第一載物臺(tái)(掩模臺(tái))MT，該載物臺(tái)配備有用于保持掩模MA(例如分劃板)的掩模保持器，并與用于將該掩模相對(duì)于物體PL精確定位的第一定位裝置連接。
·第二載物臺(tái)(基底臺(tái))WT，該載物臺(tái)配備有用于保持基底W(例如涂有抗蝕劑的硅晶片)的基底保持器，并與用于將基底相對(duì)于物體PL精確定位的第二定位裝置PW連接。
投影系統(tǒng)(“投影透鏡”)PL(例如折射透鏡系統(tǒng))，用于將掩模MA的輻射部分成像到基底W的靶部C(例如包括一個(gè)或多個(gè)管芯)上。
如這里所述，該設(shè)備為透射型(例如具有透射掩模)。然而，一般而言，它也可為例如反射型(例如具有反射掩模)。可選地，該設(shè)備可采用另一類構(gòu)圖裝置，例如以上所提到的程控反射鏡陣列型。
該光源LA(例如一受激準(zhǔn)分子激光器)產(chǎn)生一輻射光束。該光束直接地或穿過諸如擴(kuò)束器Ex的調(diào)節(jié)裝置之后，被照射到射系統(tǒng)(照射器)IL中。該照射器IL可包括調(diào)節(jié)裝置AM，用于設(shè)定光束強(qiáng)度分布的外和/或內(nèi)徑向范圍(通常分別被稱為σ-外和σ-內(nèi))。此外，它通常將包括各種其它部件，例如積分器IN和聚光器CO。以此方式，入射到掩模MA上的光束PB在其橫截面上具有理想的均勻性和強(qiáng)度分布。
關(guān)于圖1，應(yīng)指出的是，輻射源LA可位于光刻投影設(shè)備外殼之內(nèi)(例如當(dāng)輻射源LA是汞燈時(shí)經(jīng)常是這種情況)，但它也可遠(yuǎn)離該光刻投影設(shè)備，而它產(chǎn)生的輻射光束被引導(dǎo)入該設(shè)備中(例如借助于合適的定向反射鏡)；在輻射源LA為一受激準(zhǔn)分子激光器時(shí)通常是后面的那種情況。本發(fā)明和權(quán)利要求包括這兩種方案。
接下來，光束PB與被保持在掩模臺(tái)MT上的掩模MA相交。穿過掩模MA后，該光束PB穿過投影透鏡PL，該投影透鏡PL將光束PB聚焦到基底W的靶部C上。借助于第二定位裝置(以及干涉測(cè)量裝置IF)，可精確地移動(dòng)基底臺(tái)WT，例如，在光束PB的光路中定位不同的靶部C。類似地，例如，在從掩模庫機(jī)械地提取掩模MA之后，或在掃描過程中，可以使用第一定位裝置將掩模MA相對(duì)光束PB的光路進(jìn)行精確定位。通常，載物臺(tái)MT、WT的移動(dòng)將借助于一個(gè)長(zhǎng)行程模塊(粗定位)和一個(gè)短行程模塊(精定位)來實(shí)現(xiàn)，它們?cè)趫D1中未明確示出。然而，在晶片步進(jìn)器中(與步進(jìn)掃描裝置相反)，該掩模臺(tái)MT可僅被連接到一個(gè)短行程致動(dòng)器，或可被固定。
上述設(shè)備可用在兩種不同的模式中1.在步進(jìn)模式中，該掩模臺(tái)MT基本保持不動(dòng)，整個(gè)掩模圖像被一次投射(即單“閃”)到靶部C上。然后，基底臺(tái)WT被沿X和/或Y方向移動(dòng)，以使不同的靶部C能夠由光束PB輻射；2.在掃描模式中，除了給定靶部C沒有暴露在單“閃”中以外，實(shí)施基本上相同的方案。取而代之的是，該掩模臺(tái)MT可沿一給定方向(所謂的“掃描方向”，例如Y方向)以速度v移動(dòng)，以使投影光束PB在整個(gè)掩模圖像上掃描；同時(shí)，基底臺(tái)WT同時(shí)沿相同或相反方向以速度V＝Mv移動(dòng)，其中M為該投影系統(tǒng)PL的放大率(典型地，M＝1/4或1/5)。以此方式，可曝光相當(dāng)大的靶部C，而不必在分辯率上作出犧牲。
利用如圖2所示的散射儀，可確定基底6表面的一個(gè)或更多特性。在一個(gè)實(shí)施例中，該散射儀包括一個(gè)寬頻帶(白光)輻射源2，其將輻射引導(dǎo)到基底6上?？膳渲靡粋€(gè)擴(kuò)展的寬頻帶輻射源，以提供具有至少50nm波長(zhǎng)的輻射光束到該基底表面上。反射輻射被傳遞到光譜儀檢測(cè)器4，其測(cè)量鏡面反射輻射的光譜10(強(qiáng)度為波長(zhǎng)的函數(shù))。根據(jù)此數(shù)據(jù)，可重建產(chǎn)生該檢測(cè)光譜的結(jié)構(gòu)或分布，例如通過嚴(yán)格耦合波分析和非線性回歸，或通過與如圖2底部所示模擬光譜庫相比較。通常，對(duì)于重建，該結(jié)構(gòu)的一般形式是已知的，某些參數(shù)是根據(jù)賴以形成該結(jié)構(gòu)的工藝的知識(shí)來假定的，僅剩下幾個(gè)要根據(jù)散射測(cè)量數(shù)據(jù)來確定的參數(shù)。
該散射儀可為一個(gè)垂直入射散射儀或一個(gè)傾斜入射散射儀。也可使用散射儀的變型，其中是以單波長(zhǎng)的一個(gè)角度范圍中測(cè)得該反射的，而不是以一個(gè)波長(zhǎng)范圍的單角度下測(cè)得該反射的。
在下述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)散射儀，其被通過在一個(gè)高NA透鏡的光瞳面40中測(cè)量一個(gè)從基底表面6以多個(gè)角度和波長(zhǎng)反射的角分解光譜的特性，來測(cè)量一個(gè)基底的特性，如圖3中所示。該散射儀包括一個(gè)用于將輻射投影到該基底上的輻射源2，和一個(gè)用于檢測(cè)反射光譜的檢測(cè)器32。光瞳面是這樣一個(gè)平面其中輻射的徑向位置確定了入射角，且角度位置確定了輻射的方位角以及任何基本上共軛的面。檢測(cè)器32被放置在該高NA透鏡的光瞳面中。該NA很高，且在一實(shí)施例中，為至少0.9或至少0.95。浸入式散射儀甚至可具有NA大于1的透鏡。
先前的角分解散射儀僅測(cè)量了散射光的強(qiáng)度。本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例允許在一個(gè)角度范圍中同時(shí)測(cè)量多個(gè)波長(zhǎng)。由該散射儀以不同波長(zhǎng)和角度測(cè)得的特性可包括橫向磁(TM)和橫向電(TE)偏振光的強(qiáng)度，以及TM和TE偏振光之間的相位差。
可使用一寬頻帶光源(即，具有寬范圍光頻率或波長(zhǎng)-因而具有不同顏色的光源)，其提供一較大的擴(kuò)展度，允許多個(gè)波長(zhǎng)的混合。在一個(gè)實(shí)施例中，該寬頻帶光中的多個(gè)波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)具有例如σλ的帶寬，并且因而具有一個(gè)至少2σλ(即兩倍于波長(zhǎng))的間距。多個(gè)輻射“源”可以是由例如各光纖束分束的延伸輻射源的不同部分。以此方式，可并行地在多個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量角分解散射光譜?？蓽y(cè)得三維光譜(波長(zhǎng)和兩個(gè)不同角度)，其含有比二維光譜更多的信息。它允許測(cè)得更多信息，這將增加度量工序的可靠性。
圖3中示出了本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)散射儀。光源2利用透鏡系統(tǒng)L2，通過干涉濾光片30聚焦，并經(jīng)由顯微物鏡L1聚焦到基底6上。然后該輻射經(jīng)過部分反射表面34反射到位于后投影光瞳面40上的一個(gè)CCD檢測(cè)器中，以檢測(cè)該散射光譜。光瞳面40位于透鏡系統(tǒng)L1的焦距處。在該光瞳面上放置有一檢測(cè)器和高NA透鏡。該光瞳面可由輔助光學(xué)元件重新成像，這是由于高NA透鏡的光瞳面通常位于該透鏡之內(nèi)。
該反射器光的光瞳面以例如40毫秒/幀的積分時(shí)間被成像到CCD檢測(cè)器上。以此方式，該基底靶部的二維角散射光譜成像到該檢測(cè)器上。該檢測(cè)器可為例如CCD檢測(cè)器或CMOS檢測(cè)器的陣列。該光譜的處理給出一個(gè)對(duì)稱檢測(cè)配置，因而可使傳感器旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地布置。它允許使用一個(gè)緊湊基底臺(tái)，這是因?yàn)榛咨系陌胁靠稍谙鄬?duì)于該傳感器的任何旋轉(zhuǎn)方位上被測(cè)量。通過該基底平移和旋轉(zhuǎn)的結(jié)合，該基底上的所有靶部都可被測(cè)量到。
可提供一套干涉濾光片30，以在例如405-790nm，或甚至更低，例如200-300nm的范圍內(nèi)選擇一個(gè)感興趣的波長(zhǎng)。該干涉濾光片可為可調(diào)的，而非包括一套不同的濾光片。可用一光柵取代一個(gè)或更多干涉濾光片。
該基底6(或甚至反射表面34)可為一光柵?？捎∷⒃摴鈻?，以使在顯影后，由實(shí)心抗蝕劑線形成一系列條帶?？蛇x地，這些條帶可被蝕刻入基底中。該圖案對(duì)于光刻投影設(shè)備，特別是投影系統(tǒng)PL中的彗差以及照射對(duì)稱性很敏感，這些像差的存在將體現(xiàn)在所印制光柵的變化中。相應(yīng)地，所印制光柵的散射測(cè)量數(shù)據(jù)被用于重建光柵。根據(jù)印制步驟和/或其它散射測(cè)量步驟的知識(shí)，該光柵的一個(gè)或更多參數(shù)，例如線寬和形狀，可被輸入到重建步驟中。
在具有矩形狹縫的透射金屬光柵中，復(fù)光子能帶結(jié)構(gòu)(CPBS)表現(xiàn)出很強(qiáng)的不連續(xù)性，其位于伍德-瑞利畸變上，并顯示出兩種諧振，分別被稱為水平和垂直表面等離子諧振。對(duì)于水平和垂直諧振，均可直接從CPBS中提取光譜中各峰的光譜位置和波峰寬度。以此方式，可使離開透射金屬光柵的輻射得到光譜分析，且該光柵的一個(gè)或更多特性可由位于伍德-瑞利畸變上的強(qiáng)烈不連續(xù)性來確定。伍德-瑞利畸變根據(jù)波長(zhǎng)或入射角的偏差而發(fā)生，產(chǎn)生一個(gè)附加傳播衍射級(jí)。光束寬度越大，則該光束的橫向位移越大。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例檢測(cè)該光譜，并產(chǎn)生一個(gè)對(duì)稱的光瞳面圖像，由此可測(cè)得這種不連續(xù)性，并可計(jì)算出一個(gè)或更多光柵特性。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，該散射儀可適于通過在反射光譜中測(cè)量不對(duì)稱性，來測(cè)量?jī)蓚€(gè)未對(duì)齊的周期性結(jié)構(gòu)的重疊量，該不對(duì)稱性與重疊量的程度有關(guān)。
在一個(gè)實(shí)施例中，該散射儀適于通過在反射光譜和/或檢測(cè)結(jié)構(gòu)中測(cè)量不對(duì)稱性，來測(cè)量?jī)蓚€(gè)未對(duì)齊的光柵或周期性結(jié)構(gòu)的重疊量，該不對(duì)稱性與重疊量的程度有關(guān)。由于對(duì)稱的檢測(cè)結(jié)構(gòu)，可清楚地辨別出任何不對(duì)稱性。這為測(cè)量光柵中的未對(duì)齊性提供了一個(gè)直接的方法。
所使用的一種基底圖案示于圖4中。光柵14之上印制有第二光柵12。光柵12相對(duì)于光柵14偏移的量稱為重疊量22。
注意在圖4a所示的實(shí)施例中，輻射源2相對(duì)于表面法線對(duì)稱地照射目標(biāo)，并且散射測(cè)量檢測(cè)器從多個(gè)角度測(cè)量散射輻射，盡管光源也可能從一個(gè)傾斜角度照射該目標(biāo)。
重疊量的度量是基于角散射光譜中不對(duì)稱性的測(cè)量。對(duì)稱結(jié)構(gòu)產(chǎn)生對(duì)稱的角光譜，而目標(biāo)中的不對(duì)稱性在角散射光譜中顯示為不對(duì)稱性。這個(gè)特性是利用角分解散射測(cè)量法來度量重疊量的基礎(chǔ)。
由具有寬度20的條帶所形成的兩個(gè)互相重疊但未對(duì)齊的光柵12和14形成一個(gè)復(fù)合的非對(duì)稱目標(biāo)。用圖3中所示的角分解散射儀4檢測(cè)角散射光譜中產(chǎn)生的不對(duì)稱性，并用于按照如下方法推導(dǎo)重疊量22采用兩對(duì)光柵，在第一和第二對(duì)光柵中分別具有人為偏差+d和-d。換句話說，在其中一對(duì)中，光柵12沿一個(gè)方向移動(dòng)(如圖4中所示)，而在另一對(duì)中(未示出)，光柵12沿相反方向移動(dòng)。因而在每對(duì)中，光柵之間的實(shí)際橫向偏移為X1＝OV+d和X2＝OV-d，OV為重疊量22。
當(dāng)光柵對(duì)被對(duì)齊時(shí)，重疊量為0，如果入射到光柵上的照射強(qiáng)度為Iill，且沿第一方向反射離開光柵的輻射強(qiáng)度為I+1，在同一平面中沿相反方向反射離開光柵的輻射強(qiáng)度為I-1，當(dāng)重疊量OV＝0時(shí)，I+1＝I-1， (1)然而，如果
OV≠0，I+1≠I-1， (2)對(duì)于一個(gè)較小的重疊量，強(qiáng)度差與重疊量成比例I+1-I-1＝K×OV， (3)K為一個(gè)常數(shù)，且依工藝而定，因而是未知的。
為了利用根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的散射儀來校準(zhǔn)重疊量的度量，使用兩個(gè)光柵目標(biāo)；其中一個(gè)具有如圖4b中所示的重疊量，而另一個(gè)具有正好相反的重疊量，從而上光柵12相對(duì)于下光柵14向左偏移，而非向右偏移。第一種配置中，重疊量為OV+d(在圖4b中為距離22)，而在第二種配置中，重疊量為OV-d。
所以，對(duì)于OV+d，不對(duì)稱性A+＝K(OV+d) (4)而對(duì)于OV-d，不對(duì)稱性A＝K(OV-d)， (5)比例系數(shù)K可被消去OV=dA++A-A+-A----(6)]]>因此，可利用角分解散射光譜中不對(duì)稱性的測(cè)量值來計(jì)算重疊量。
與先前已知方法相比，本方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是事實(shí)上僅需要兩個(gè)光柵。而且，在原理上，該方法還可適用于二維光柵在此情況下，對(duì)于一個(gè)完整的(x，y)重疊量測(cè)量來說，僅需要兩個(gè)光柵。這與光譜散射測(cè)量法使用的例如6個(gè)光柵相比，是顯著的改進(jìn)。
利用二維光柵進(jìn)行xy重疊量度量的分析如下兩個(gè)光柵具有振幅透射率f(x，y)和g(x，y)。這些光柵在兩個(gè)方向上為周期性的，因而它們的透射率可記作傅立葉級(jí)數(shù)f(x,y)=ΣnΣmFn,me-j(nx+my)]]>g(x,y)=ΣpΣqGp,qe-j(px+qy)---(7)]]>兩個(gè)光柵均具有相等的周期，為了下述計(jì)算簡(jiǎn)便起見，兩光柵的周期已被統(tǒng)一為2π。該系數(shù)Fn，m和Gp，q可被解釋為取決于光柵形狀、波長(zhǎng)和偏振態(tài)的衍射效率。這兩個(gè)光柵分別沿x和y方向以相對(duì)重疊量x0和y0相互重疊?？偼干渎蕋可寫成t(x,y)=f(x,y)g(x-x0,y-y0)]]>=ΣnΣmΣpΣqFn,mGp,q′e-j((p+n)x+(q+m)y)---(8)]]>其中Gp,q′=Gp,qej(px0+qy0)---(9)]]>可如下調(diào)整變量p+n＝ap＝a-nq+m＝bq＝b-m將這些表達(dá)式代入t(x，y)的傅立葉級(jí)數(shù)，得出
t(x,y)=ΣnΣmΣpΣqFn,mGn,m′e-j((p+n)x+(q+m)y)---(10)]]>=ΣaΣbTa,be-j(ax+by)]]>其中Ta,b=ΣnΣmFn,mGn-n,b-m′---(11)]]>Ta，b可被解釋為衍射級(jí)(a，b)的振幅?？梢钥闯?，該振幅通常依賴于沿x和y方向的重疊量。
為簡(jiǎn)便起見，僅考慮沿x方向作用的衍射級(jí)。下述分析也可對(duì)沿y方向的衍射級(jí)進(jìn)行。這僅需變量調(diào)整。
對(duì)于作用在x方向上的衍射級(jí)，b＝0，所以對(duì)于兩個(gè)衍射級(jí)a和-a的振幅Ta,0=ΣnΣmFn,mGa-n,-mej((a-n)x0-my0)]]>T-a,0=ΣnΣmFn,mG-a-n,-mej((-a-n)x0-my0)---(12)]]>將系數(shù)e±jax0置于求和符號(hào)之前，得到Ta,0=ejax0ΣnΣmFn,mGa-n,-me-j(nx0+my0)]]>T-a,0=e-jax0ΣnΣmFn,mG-a-n,-me-j(nx0+my0)---(13)]]>=e-jax0Σ-nΣmF-n,mG-a+n,-mej(nx0-my0)]]>假設(shè)兩個(gè)光柵均沿x方向?qū)ΨQF-n，m＝Fn，mG-n，m＝Gn，m(14)利用該特性，得到衍射振幅
Ta,0=ejax0ΣnΣmFn,mGa-n,-me-j(nx0+my0)]]>T-a,0=e-jax0ΣnΣmFn,mGa-n,-mej(nx0-my0)---(15)]]>該散射儀測(cè)量該衍射場(chǎng)的強(qiáng)度，得到I±a，0＝|T±a，0|2(16)對(duì)此表達(dá)式的計(jì)算顯示出強(qiáng)度可被寫成以下形式Ia,0=ΣnΣmBn,mcos(ϵn,m-nx0-my0)]]>I-a,0=ΣnΣmBn,mcos(ϵn,m+nx0-my0)---(17)]]>其中振幅Bn，m和相位εn，m取決于光柵形狀、照射波長(zhǎng)和照射偏振態(tài)。取+1和-1級(jí)之差，得到作用在x方向上的不對(duì)稱性AxAx＝I1，0-I-1，0=ΣnΣmBn,mcos(ϵn,m-nx0-my0)-ΣnΣmBn,mcos(ϵn,m+nx0-my0)---(18)]]>=ΣnΣm2Bn,msin(ϵn,m-my0)sin(nx0)]]>實(shí)際上重疊量與光柵節(jié)距相比很小。例如，節(jié)距經(jīng)常約為1μm，而最大重疊量約為60nm。因此，以上表達(dá)式可被線性化，且僅保留x0和y0的線性項(xiàng)Ax=ΣnΣm2Bn,msin(ϵn,m-my0)sin(nx0)]]>=ΣnΣm2Bn,m[sin(ϵn,m)cos(my0)-cos(ϵn,m)sin(my0)]sin(nx0)]]>≅ΣnΣm2Bn,m[sin(ϵn,m)-cos(ϵn,m)my0]nx0---(19)]]>=x0K0+Kxyx0y0]]>其中
K0=ΣnΣm2nBn,msin(ϵn,m)]]>Kxy=ΣnΣm2mnBn,mcos(ϵn,m)---(20)]]>可以看出，存在一個(gè)耦合項(xiàng)沿x方向的不對(duì)稱性通過耦合項(xiàng)Kxy，也是y重疊量的函數(shù)。如果該二維光柵具有90°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，且如果光以45°偏振，則我們可以寫出沿x和y方向的不對(duì)稱性Ax＝x0K0+Kxyx0y0Ay＝y(tǒng)0K0+Kxyx0y0(21)這些方程是利用兩對(duì)二維光柵進(jìn)行xy重疊量度量的基礎(chǔ)。在第一對(duì)光柵中，在上光柵中引入一個(gè)偏差+d，而在第二對(duì)光柵中引入一個(gè)偏差-d。在x和y方向上都施加該偏差。現(xiàn)在可測(cè)得四個(gè)不對(duì)稱項(xiàng)在第一對(duì)光柵中的x和y不對(duì)稱性，以及在第二對(duì)光柵中的x和y不對(duì)稱性，如下所示A1x＝K0(OVx+d)+Kxy(OVy+d)(OVx+d)A1y＝K0(OVy+d)+Kxy(OVy+d)(OVx+d)A2x＝K0(OVx-d)+Kxy(OVy-d)(OVx+d)(22)A2y＝K0(OVy-d)+Kxy(OVy-d)(OVx-d)這給出了具有四個(gè)未知量K0，Kxy，OVx和OVy的四個(gè)非線性方程，可求解之，以給出重疊量。
在一個(gè)實(shí)施例中，可為散射儀配備一個(gè)或更多光圈，以在產(chǎn)生光柵圖案時(shí)模仿光刻曝光條件。然后該光圈可被用于利用該散射儀來產(chǎn)生該光柵圖案的角分解光譜圖像。
在一個(gè)實(shí)施例中，可將基底和檢測(cè)器之間的至少一部分空間的浸入到液體中，具體來說，如圖3中所示的透鏡L1和基底6之間的空間。該液體可為水。這將具有增加基底6和透鏡L1之間介質(zhì)的空間帶寬的優(yōu)點(diǎn)。這意味著一個(gè)例如在空氣中容易消散的衍射能夠傳播并被透鏡捕捉。因而，借助于該空間的沉浸，將可能檢測(cè)到更高的衍射級(jí)，該更高的衍射級(jí)包含有比在該空間具有例如空氣的情況下更詳細(xì)的關(guān)于待調(diào)查光柵的信息。
該散射儀的數(shù)值孔徑(NA)優(yōu)選地為至少0.9，甚至0.95或大于1。
使L1和目標(biāo)之間的空間沉浸在高折射率的液體中，將增加該介質(zhì)的空間帶寬，并允許更小節(jié)距的更高衍射級(jí)的傳播。產(chǎn)生使第一級(jí)光譜傳播的最小節(jié)距為 假設(shè)NA等于1.3，且λ等于400nm，這產(chǎn)生154nm的最小節(jié)距。這對(duì)應(yīng)于大約為20-80nm的臨界尺寸(CD)或重建光柵寬度。當(dāng)觀察例如圖2中所示的分布圖時(shí)，臨界尺寸為峰的平均寬度，而節(jié)距是從一個(gè)峰到另一個(gè)峰的距離。
沉浸液體相對(duì)于例如基底6上的抗蝕劑應(yīng)具有較大的折射率階梯。這可允許在檢測(cè)器圖像中有最大反差。滿足這種要求的一種可能的液體為水。
圖5根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出了使用同一個(gè)檢測(cè)器來監(jiān)視源輸出強(qiáng)度和散射輻射的強(qiáng)度，這避免了同步問題，并允許對(duì)源輸出改變的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
該散射儀可包括一個(gè)非偏振光束分離器和一個(gè)傾斜反射鏡，用于分離一部分從輻射源發(fā)出的輻射束，以利用同一檢測(cè)器進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量。在一個(gè)實(shí)施例中，該部分輻射束被用于測(cè)量輻射束的強(qiáng)度，而該散射儀可適于補(bǔ)償該輻射束強(qiáng)度的波動(dòng)。對(duì)于并排的強(qiáng)度測(cè)量光束和主測(cè)量光束使用同一CCD檢測(cè)器，其優(yōu)點(diǎn)是不需要額外的檢測(cè)器，于是在基準(zhǔn)傳感器和度量傳感器之間不存在光學(xué)和熱學(xué)特性差異；不需要額外的電子裝置來觸發(fā)、讀出和存儲(chǔ)基準(zhǔn)信號(hào)?？蓽y(cè)量并補(bǔ)償任何強(qiáng)度改變。
輻射路徑中的非偏振光束分離器50將散射輻射成像到二維檢測(cè)器32上。附加透鏡將光瞳面再成像到CCD檢測(cè)器上。入射到該檢測(cè)器上的強(qiáng)度被表示為圖像36。非偏振光束分離器50還分離出一部分輻射束，以利用它監(jiān)視強(qiáng)度噪音。取代利用一獨(dú)立檢測(cè)器測(cè)量該輻射部分，該光利用傾斜反射鏡52向回反射，并傳輸?shù)酵粰z測(cè)器32的一個(gè)單獨(dú)部分。一個(gè)可選的光瞳光闌54限制了該輻射部分的范圍，且該反射鏡傾角保證了該輻射部分與主輻射束并排地被投影。該光譜被成像到L1的光瞳面處的檢測(cè)器32上。
在先前的方法中，角分解散射測(cè)量是以單一波長(zhǎng)進(jìn)行的。不同波長(zhǎng)下的測(cè)量將被按順序進(jìn)行，而不同的波長(zhǎng)將被時(shí)分復(fù)用。然而，時(shí)分復(fù)用會(huì)降低光吞吐量。
在一個(gè)實(shí)施例中，散射儀包括在輻射源和基底之間的波長(zhǎng)復(fù)用器，和在基底和檢測(cè)器之間的解復(fù)用器。這允許同時(shí)測(cè)量多個(gè)不同的波長(zhǎng)(或顏色)，在更短的時(shí)幀內(nèi)提供更多的信息以及提供如上所述的可靠性。該波長(zhǎng)復(fù)用器可包括一個(gè)放置在背投影物平面處的色散元件，或一個(gè)放置在光瞳面處的色散元件。
該輻射源的表面區(qū)域優(yōu)選地被分割成N部分，每個(gè)部分都耦合到一個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用器，其中N為離散波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)。該分割可用光纖束等完成。
在一個(gè)實(shí)施例中，該復(fù)用器包括一個(gè)放置在背投影物平面處的色散元件。該色散元件可為一個(gè)光柵或棱鏡，其適于接納N個(gè)離散波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)具有σλ的帶寬和至少兩倍于帶寬的間距，即2σλ。這可使延伸光源的利用最大化。不同波長(zhǎng)的測(cè)量再也不必進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，這是由于其可在同一時(shí)間內(nèi)完成，所以其一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是增加了吞吐量。
在一個(gè)實(shí)施例中，該解復(fù)用器包括一個(gè)放置在光瞳面處的色散元件。一個(gè)或更多光楔可被插入到物平面中，以在光瞳面中獲得輪廓分明的角分解光譜的分離。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)諸如氙、氘或囪鎢石英光源的延伸寬頻帶輻射源。這些光源具有較大擴(kuò)展度，其提供一個(gè)可將波長(zhǎng)分割成各離散波長(zhǎng)的表面區(qū)域，并提供更多如上所述的信息。該波長(zhǎng)可在193至800nm的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在照射支路(或在圖2中介于源2和基底6之間的輻射路徑)中使用一個(gè)同時(shí)具有N個(gè)離散波長(zhǎng)的色散棱鏡或光柵，并在檢測(cè)支路(或介于基底6和檢測(cè)器4之間的輻射路徑中的空間)中使用一個(gè)光柵或棱鏡，以在空間上分離該波長(zhǎng)。
圖6中示出了一個(gè)復(fù)用光柵的例子。兩個(gè)光源S1和S2的光透射通過一個(gè)透鏡系統(tǒng)L2，入射在一個(gè)位于物平面42中的利特羅安裝的光柵16上，并被聚焦到光瞳面40上，然后，經(jīng)過一個(gè)透鏡系統(tǒng)L1傳輸?shù)搅硪粋€(gè)物平面42上，并可選地傳入一個(gè)照射光纖60中。該光瞳面包含有合適尺寸的矩形光圈，矩形的寬度確定了入射到該光柵上的光的角度范圍。該角度范圍和光柵節(jié)距確定了經(jīng)由光瞳面中光圈傳輸?shù)姆祷毓獾膸挕＠?，一個(gè)具有1200線/毫米的光柵產(chǎn)生大約為1.2mrad/nm的色散。一個(gè)4nm的有效帶寬對(duì)應(yīng)于3.33mrad的照射光束的全角寬度?；?的光斑尺寸大約為40μm，其NA為0.95。因而光柵上的光束直徑大約為23mm。如果透鏡L1的焦距為100mm，則光瞳面中光圈孔的寬度必須為333μm。如果使用一個(gè)照射光纖，則照射NA必須大約為0.22。
顯然，可一次使用多于兩個(gè)的輻射源(具有不同波長(zhǎng))。
圖7示出了一個(gè)位于檢測(cè)支路中的波長(zhǎng)解復(fù)用器的例子。為簡(jiǎn)明起見，再次僅示出了兩個(gè)波長(zhǎng)的分離。除了光柵放置在光瞳面而不是在物平面上以外，該解復(fù)用器與復(fù)用器相似。由利特羅安裝的光柵16中的光柵衍射的光透射過透鏡L2，使具有波長(zhǎng)λ1和λ2的兩個(gè)物像位于物平面中。該面可包含具有n個(gè)孔(在本例中n＝2)的視場(chǎng)光闌，它們應(yīng)足夠?qū)?，以避免空間濾光，從而避免干擾光譜。該視場(chǎng)光闌40的每個(gè)孔還具有一個(gè)有著特定楔角的光楔62。該楔62保證了對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)的角分解散射光譜被成像到CCD檢測(cè)器32的不同部分上。該CCD檢測(cè)器位于第二光瞳面40上。
由于光楔62可沿兩個(gè)方向偏轉(zhuǎn)光，因此可能實(shí)現(xiàn)用許多角分解光譜有效地填充CCD檢測(cè)器。
為了獲得可再現(xiàn)的結(jié)果，該目標(biāo)應(yīng)被很好地聚焦。為了達(dá)到此目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖8所示，高NA物鏡的光瞳面40被一個(gè)雙遠(yuǎn)心系統(tǒng)成像到檢測(cè)器上。在所有實(shí)施例中，NA都很高；優(yōu)選地至少為0.9。
中間物平面42中的銳緣70阻擋了中間物像的一半。該銳緣可為一傅科銳緣。
該銳緣協(xié)助將輻射像聚焦到基底上。對(duì)于每個(gè)方位，光瞳面40的外區(qū)(在實(shí)際中是兩半)中的強(qiáng)度被取樣。在散焦情況下，產(chǎn)生強(qiáng)度I1和I2之差。給出焦距F為F=kI1-I2I1+I2---(23)]]>比例系數(shù)k不依賴于圖像，并僅需一次性確定，盡管由于聚焦傳感器可被用于一個(gè)積分反饋回路中，但k的精確值并不重要。
照射源并不總是均勻的，且必須被校準(zhǔn)和糾正，以保證基底的精確曝光。不均勻性可由照射源本身造成，或由照射路徑中反射器表面涂層的粗糙度造成。以前曾經(jīng)用鋁反射鏡完成照射光束的標(biāo)準(zhǔn)化。然而，當(dāng)待測(cè)目標(biāo)(即光柵或基底)產(chǎn)生更高衍射級(jí)時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)化失敗。這些造成在重疊量應(yīng)用中由工具誘發(fā)的移位誤差。
因而，在一個(gè)實(shí)施例中，該散射測(cè)量系統(tǒng)還包括一個(gè)或更多位于照射光束中的反射鏡。更具體地說，這些反射鏡可為一個(gè)基底臺(tái)上的基準(zhǔn)(fiducial)，且其可由鋁制成。這些反射鏡傾斜或以不同傾斜角存在，以產(chǎn)生至少兩個(gè)沿不同角度反射的圖像。對(duì)于每個(gè)傾角，檢測(cè)光譜沿著與傾斜方向相同的方向偏移。這些圖像被檢測(cè)到并組成微分方程，由此可確定輻射束的照射分布。所產(chǎn)生的照射分布用于校正更高衍射級(jí)的反射光譜特性的測(cè)量值。
測(cè)量信號(hào)M0(k)被表示為M0(k)＝[A(-k)R0(k)+A(-k±kG)R1(x)+…+A(-k±NkG)RN(x)]B(k)(24)其中A(k)為光瞳面中位置k處的未知照射強(qiáng)度；B(k)為傳感器檢測(cè)支路中的未知光學(xué)損失；且R±N為光柵目標(biāo)的第N階衍射效率。
實(shí)際上，由于緩慢變化的非均勻照射光束以及照射路徑中光學(xué)元件和涂層的表面粗糙度，照射強(qiáng)度是變化的。光學(xué)涂層的表面粗糙度通常在光瞳面中產(chǎn)生照射光束的顆粒狀外觀。
基準(zhǔn)測(cè)量可在一個(gè)高反射性鋁反射鏡上進(jìn)行，其產(chǎn)生以下測(cè)量信號(hào)MM(k)＝A(-k)RM(k)B(k) (25)用該基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化目標(biāo)的測(cè)量，得到
可以看出，通過該標(biāo)準(zhǔn)化，消除了檢測(cè)支路中的損失。
然而，僅對(duì)于零衍射級(jí)(即鏡面反射)消除了照射中的非均勻性。更高衍射級(jí)保持著以下形式的未知誤差項(xiàng)A(-k±NkG)A(-k)---(27)]]>為了消除此項(xiàng)，照射分布A(k)必須被校準(zhǔn)，如以下所述。
該反射鏡可為單個(gè)的凸反射鏡或凹反射鏡，或可為一個(gè)在檢測(cè)過程中在整個(gè)角度范圍內(nèi)有效傾斜的平面鏡?？蛇x地，可存在一系列具有不同傾角的鏡子。測(cè)得的反射角可在徑向上(這將改變傾斜幅度)或在方位角方向上(這將改變傾斜方向)。
現(xiàn)將以一維情況來描述用于確定微分方程的方法。而擴(kuò)展至二維情況則是很平常的。
測(cè)量一個(gè)基準(zhǔn)反射鏡，以得到兩個(gè)1mrad級(jí)別的、很小的、相反的反射鏡傾角±θM。作為此傾角的結(jié)果，測(cè)得的光瞳圖像將偏移。因而測(cè)得兩個(gè)略微偏移的圖像M±θ(k)＝A(-k±Δ(k))RM(k)B(k)C(k；±θ) (28)這里Δ為光瞳面中的偏移，其通常依賴于光瞳面中的位置k。對(duì)于一個(gè)消球差系統(tǒng)Δ(k)=2θM1-k2---(29)]]>
方程(28)中的C說明了反射強(qiáng)度的重新分布，對(duì)于一個(gè)消球差系統(tǒng)C(k;Δ)=1+2θMk1-k2---(30)]]>QM(k)=M+θ-M-θM+θ+M-θ---(31)]]>其中M+θ和M-θ分別為以很小的正傾角和很小的負(fù)傾角測(cè)得的光譜。
這里，Q的下標(biāo)‘M’用于強(qiáng)調(diào)它與測(cè)得的數(shù)據(jù)有關(guān)。對(duì)于小傾角，可近似為A(k+Δ(k))≅A(k)+dAdkΔ(k)---(32)]]>利用此線性化，得到關(guān)于Q的微分方程Q(k)Δ(k)=1A(k)dAdk---(33)]]>容易求解此方程，得到A(k)=exp[∫0kQ(k′)Δ(k′)dk′]---(34)]]>以上推導(dǎo)可容易地?cái)U(kuò)展到二維情況。實(shí)際上，測(cè)得的數(shù)據(jù)不是連續(xù)的，而是數(shù)字化的取樣數(shù)據(jù)。然而，這并不改變以上推導(dǎo)的概念。
實(shí)際上，可采用一個(gè)平面反射鏡，利用致動(dòng)器機(jī)械地傾斜該平面反射鏡。一個(gè)更精致和簡(jiǎn)便的方法是采用具有曲率半徑R和水平位置x的凹反射鏡或凸反射鏡。彎曲反射鏡的局部高度z描述為z=x22R---(35)]]>表面的局部斜率θ與水平位置x線性地成比例θ≅dzdx]]>=xR---(36)]]>由于通過將基準(zhǔn)移動(dòng)到檢測(cè)器之下正確的位置，即可簡(jiǎn)易地獲得正確的傾角，因而位于基底臺(tái)上的凹形或凸形球面鋁基準(zhǔn)使校準(zhǔn)變得簡(jiǎn)單明了。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在基底的共軛面中使用一個(gè)具有環(huán)狀強(qiáng)度分布的輻射束。為了產(chǎn)生該環(huán)狀強(qiáng)度分布，輻射源可包括機(jī)械葉片、空間光調(diào)制器或空間相干寬頻帶激光器和一個(gè)變焦距軸向鏡(即為了產(chǎn)生激光環(huán))。該環(huán)狀輻射束優(yōu)選地包括小-Φ照射。
實(shí)施環(huán)狀輻射比例如插入一個(gè)葉片更有利，這是因?yàn)閹缀跛械墓庾佣急弧袄谩绷耍詻]有光損失。這在使用例如UV或DUV光源時(shí)特別重要，這是因?yàn)樗鼈儽饶切└S富的光源發(fā)出更少的光子，于是損失大量的那些光子更值得注意。特別地，這在信號(hào)收集中更值得注意，這是因?yàn)槿绻休^低的光強(qiáng)度，光刻工具受到一定量的延遲。環(huán)狀光源還具有不會(huì)造成葉片可能造成的內(nèi)部反射的優(yōu)點(diǎn)。需要阻止內(nèi)部反射以避免光偽像。當(dāng)然，可使用其它照射技術(shù)，例如四極照射，其提供同樣的優(yōu)點(diǎn)。
理想地，該環(huán)狀輻射的環(huán)帶被放置在高NA透鏡的光瞳面中。然而，該光瞳面并未被直接觸及，實(shí)際上，該環(huán)帶放置在散射儀照射支路中光瞳面的背投影圖像中。環(huán)狀照射的優(yōu)點(diǎn)是可單獨(dú)測(cè)量具有λ/NA級(jí)別的小節(jié)距光柵的+1/-1衍射級(jí)的強(qiáng)度。
該實(shí)施例可用于通過將一個(gè)具有一形狀的遮攔物放在輻射光束中，并檢測(cè)由于基底傾角改變?cè)斐傻脑诨厣纤鼍哂幸恍螤畹恼跀r物的寬度和形狀的變化，從而計(jì)算基底傾角的改變。該具有一形狀的遮攔物可為，例如，如圖9a和9b中所示的十字交叉線。當(dāng)然，它也可為任何其它形狀，并且它并非必須位于光瞳面的中心。
測(cè)量晶片傾角的思想是基于晶片面中的傾角造成光瞳面中的偏移這個(gè)基本關(guān)系上。在本實(shí)施例中，一個(gè)十字交叉線遮攔物放置在照射光束的中心處。這在光瞳面上的散射光中產(chǎn)生一個(gè)黑色十字交叉線，如圖9a中所示。
如果基底傾角變化，則該交叉線的位置將變化。結(jié)果是，可測(cè)得該圖案(在零傾角處)與一個(gè)在一未知傾角處的實(shí)際測(cè)量之間的差別，以便獲得一個(gè)如圖9b中所示的圖像。基底中的一個(gè)小傾角并不引起光環(huán)帶中基本的形狀變化，然而它將引起光瞳面圖像中的偏移。該偏移通常很小，約為0.1個(gè)像素。為了能夠檢測(cè)到這樣一個(gè)小偏移，可通過例如曲線擬合來內(nèi)插像素之間的值。通過發(fā)生在環(huán)帶邊緣的暗-明過渡區(qū)的曲線擬合，可測(cè)得該環(huán)帶的子像素位移。
這些過渡區(qū)的寬度和符號(hào)可被用于計(jì)算并校正二維基底的傾角。以此方式，可以以恒定(零)傾角來測(cè)量該基底。
圖10表示了在基底的共軛面中利用具有環(huán)狀強(qiáng)度分布的輻射檢測(cè)到的小節(jié)距光柵的衍射級(jí)。利用環(huán)狀強(qiáng)度分布允許如圖10中所示圖像的形狀，并因而允許基底傾角的更清晰、更精確的測(cè)量。標(biāo)記為0的圖像為成像在檢測(cè)器中的中央零級(jí)衍射級(jí)。標(biāo)記為-2、-1、1和2的圖像為更高的衍射級(jí)。這些較高的衍射級(jí)相對(duì)于較低的衍射級(jí)偏移，從而更容易地測(cè)量孤立的一維和二維特征的重疊量度量。
為了加速計(jì)算時(shí)間，在某些情況下，特別是當(dāng)期望平滑變化時(shí)，不必在光瞳面中的每個(gè)單獨(dú)位置上計(jì)算模擬信號(hào)。在這些情況下，可測(cè)量一個(gè)粗格柵，并利用像素內(nèi)插技術(shù)在光瞳面上內(nèi)插整個(gè)形狀。環(huán)狀光束在此情況下也更為有利，這是因?yàn)樵诠馔嬷写嬖趦H接收來自第一級(jí)衍射光的區(qū)域。如果采用例如阻擋光束，光瞳面中的每個(gè)點(diǎn)將接收來自零級(jí)或者零級(jí)與第一級(jí)相組合的光，造成在光瞳面上的測(cè)量誤差。
利用散射儀的常規(guī)測(cè)量涉及每次以一個(gè)單一的偏振態(tài)，在一個(gè)單一基底上測(cè)量單一目標(biāo)的特性。這限制了通過該散射儀的基底的吞吐量；并潛在地限制了曝光步驟。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用照射源，將多個(gè)照射光斑投影到基底上。散射儀的檢測(cè)器同時(shí)檢測(cè)從基底表面反射的該多個(gè)照射點(diǎn)的角分解光譜。該多個(gè)照射光斑可利用一個(gè)雙照射光纖或一個(gè)渥拉斯頓棱鏡來產(chǎn)生，其用于產(chǎn)生兩個(gè)正交偏振照射光斑。
圖11表示了散射儀硬件的一部分。兩個(gè)照射光斑70在經(jīng)過位于光瞳面40中的高數(shù)值孔徑物鏡被繼續(xù)傳輸?shù)交?上之前，在光束分離器50中被分離。反射光束通過兩個(gè)光楔62被向上傳輸，該兩個(gè)光楔62將兩個(gè)位于光瞳面中的角分解光譜分離，該光楔本身被定位在中間像平面42上。然后該照射光束被在圖11頂部的再成像光瞳面40上的CCD檢測(cè)到。因而可進(jìn)行兩個(gè)或甚至更多的平行測(cè)量；例如對(duì)于單偏振態(tài)的水平和垂直線；或甚至對(duì)于TE和TM偏振兩者的水平和垂直線。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例將該散射儀轉(zhuǎn)變成一個(gè)橢圓偏振計(jì)。為此，照射支路還包括一個(gè)第一偏振器，其線性偏振該輻射束；一個(gè)光束分離器，其將輻射束分離成兩個(gè)正交分量(ETE，ETH)；一個(gè)第二偏振器，其偏振散射光束；一個(gè)位于第一和第二偏振器之間的可變補(bǔ)償器(一個(gè)Pockells Cell、渥拉斯頓棱鏡對(duì)或Soleil-Babinet補(bǔ)償器)，該可變補(bǔ)償器用于在正交偏振分量之間(以及可選地，在光束分離器和高數(shù)值孔徑透鏡之間)改變光程差；以及一個(gè)二維檢測(cè)器，用于檢測(cè)所產(chǎn)生光束分量的正弦強(qiáng)度改變。該補(bǔ)償器通常位于散射儀的主照射支路中，盡管它當(dāng)然可以位于第二照射支路中。
該二維檢測(cè)器，例如一個(gè)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體檢測(cè)器(CMOS)具有很高的幀頻，即在1000幀/秒的范圍中。
圖12示出了該角分解光譜概念是怎樣轉(zhuǎn)變成一個(gè)角分解光譜橢圓偏振計(jì)的。一個(gè)具有兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2的照射光束經(jīng)過一個(gè)45°偏振器72傳輸，反射離開基底6，并在被再次偏振化之前經(jīng)過一個(gè)可變補(bǔ)償器74傳輸。在光束分離器和可變補(bǔ)償器74之間，該照射光束被分成在TE和TM偏振光束之間具有相位差Δ的兩束光。圖12中格柵36示出了該二維檢測(cè)器陣列和該陣列一個(gè)像素中隨時(shí)間變化的強(qiáng)度改變。其它像素將表現(xiàn)出與之相當(dāng)?shù)母淖?。光束穿過兩個(gè)帶通濾波器76，以獲得λ1和λ2的照射分布。所產(chǎn)生的橢圓偏振測(cè)量參數(shù)cos(Δ)、sin(Δ)和tan(Ψ)實(shí)質(zhì)上對(duì)內(nèi)部傳感器散射不敏感，因而信噪比可被提高。該運(yùn)算是用以下的瓊斯(Jones)矢量和矩陣模擬的，盡管它也可用繆勒(Mueller)矩陣來模擬，后者能夠在數(shù)學(xué)模型中計(jì)入光學(xué)器件的缺陷。
經(jīng)過第一偏振器的照射區(qū)被45°偏振，并以瓊斯矢量描述Einc=11---(37)]]>基矢量對(duì)應(yīng)于入射到樣本靶部上的TE和TM偏振光。反射離開樣本的行為造成散射的TE和TM分量振幅和相位的改變。這可用一個(gè)瓊斯矩陣表示Jsample=RTE00RTMejΔ---(38)]]>其中Δ為散射區(qū)TE和TM分量之間的相位差，而RTE和RTM分別為散射的TE和TM分量的振幅。
這些參數(shù)為入射角和波長(zhǎng)的函數(shù)。忽略任何由高NA透鏡和光束分離器引入的相位和振幅改變，對(duì)于入射到補(bǔ)償器上的區(qū)Ec_in=JsampleEinc]]>=RTERTMejΔ---(39)]]>該補(bǔ)償器引入一個(gè)隨時(shí)間變化的光程差(OPD)——TE和TM分量之間的變化。如果光的波長(zhǎng)為λ，對(duì)于該補(bǔ)償器的瓊斯矩陣
Jcomp=100ej2πOPD(t)λ---(40)]]>所以該補(bǔ)償器之后的區(qū)為Ec_out=JcompEc_in]]>=RTERTMej(Δ+2πOPD(t)λ)---(41)]]>該偏振器被定向在45°，并具有一個(gè)瓊斯矩陣Jpol=121111---(42)]]>所以偏振器之后的區(qū)為Epol_out=JpolEc_out]]>=12RTE+RTMej(Δ+2πopd(t)λ)RTE+RTMej(Δ+2πOPD(t)λ)---(43)]]>入射到檢測(cè)器陣列上的強(qiáng)度為Id=Epol_outT·Epol_out*]]>=12[RTE2+RTM2+2RTERTMcos(Δ+2πOPD(t)λ)]---(44)]]>如果OPD在整個(gè)測(cè)量時(shí)間間隔內(nèi)線性增加，OPD＝Kt這產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間調(diào)諧強(qiáng)度改變
Id=12[RTE2+RTM2+2RTERTMcos(Δ+Ωt)]---(45)]]>其中Ω=2πKλ---(46)]]>該強(qiáng)度改變的對(duì)比直接與橢圓偏振測(cè)量參數(shù)tan(Ψ)相關(guān)，而正弦改變的相位直接產(chǎn)生橢圓偏振測(cè)量參數(shù)cos(Δ)和sin(Δ)。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的橢圓偏振測(cè)量散射儀中，tan(Ψ)和cos(Δ)為被測(cè)量和模擬的信號(hào)，以獲得分布信息。在此情況下，tan(Ψ)和cos(Δ)被記錄為波長(zhǎng)的函數(shù)。在本發(fā)明中，tan(Ψ)和cos(Δ)作為在光瞳面中位置的函數(shù)而被獲得，且可被用于類似的分析。特別地，該橢圓偏振測(cè)量參數(shù)被用于通過求解一個(gè)逆向散射問題來測(cè)量層厚，即將測(cè)量參數(shù)與模型參數(shù)進(jìn)行比較，并通過將測(cè)量參數(shù)和模型參數(shù)之間的均方根之差(或任何其它合適的度量)最小化來確定疊層參數(shù)。
由于改變的頻率依賴于波長(zhǎng)，各種波長(zhǎng)可用一個(gè)帶通濾波器來分離。這易于通過信號(hào)處理，例如利用離散傅立葉變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
該補(bǔ)償器也可被放置在照射支路中。而且，它也可被放置在光束分離器和一個(gè)高數(shù)值孔徑物鏡之間。這具有加倍OPD變化的優(yōu)點(diǎn)。
該二維檢測(cè)器是本概念的關(guān)鍵部分；為保證足夠短的測(cè)量時(shí)間，它必須具有高幀頻。CMOS檢測(cè)器可達(dá)到非常高的幀頻，例如1000幀/秒。
如以上51-80段中所述測(cè)量重疊量不允許較大的重疊量誤差的測(cè)量，特別是等于光柵節(jié)距整數(shù)倍的重疊量誤差。顯然，如果存在一個(gè)重疊量誤差，其意味著光柵線互相排列在一起，但偏移若干個(gè)光柵節(jié)距寬度，則檢測(cè)小于光柵節(jié)距的重疊量誤差的能力是沒有用處的。
因而本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例使用已經(jīng)存在于散射儀中的第二檢測(cè)器支路(如上所述)，用于執(zhí)行重疊量粗略測(cè)量，以確定是否存在粗誤差，例如光柵重疊量誤差實(shí)際上是否大于光柵節(jié)距。重疊量粗略測(cè)量是一個(gè)基于成像的技術(shù)，其中，一個(gè)第二相機(jī)觀察兩個(gè)互相重疊光柵的圖像，并通過比較基底上標(biāo)記的邊緣位置確定是否存在較大偏移。一個(gè)完全的重疊將具有完全對(duì)齊的標(biāo)記邊緣。圖案識(shí)別算法用來確定工藝層中光柵的邊緣和抗蝕劑層中光柵的邊緣。本測(cè)量是在一對(duì)光柵的四邊或角落上進(jìn)行的。測(cè)得的邊緣位置用于計(jì)算抗蝕劑光柵相對(duì)于工藝層中光柵的位置。
散射儀自身不能測(cè)量等于多個(gè)光柵節(jié)距的重疊量，這一事實(shí)是一個(gè)主要局限。這是因?yàn)槠錅y(cè)量原理是基于隨光柵節(jié)距周期性變化的光柵耦合。換句話說，零重疊量與一個(gè)等于節(jié)距的重疊量將得到同樣的結(jié)果。
本發(fā)明的散射儀提供一個(gè)非常簡(jiǎn)便的解決方案。該散射儀包括一個(gè)獨(dú)立的成像支路，其將基底表面成像到一個(gè)CCD相機(jī)上。需要該第二相機(jī)支路通過一個(gè)對(duì)齊和圖案識(shí)別步驟來測(cè)量基底位置。該第二支路被示意性地示于圖13中。
光瞳面40的測(cè)量(實(shí)際角分解測(cè)量)需要一個(gè)未充滿物平面42處的目標(biāo)的照射源(即測(cè)量光斑小于測(cè)量目標(biāo))。光瞳面成像照射光束在圖13中用實(shí)線表示。在此情況下，僅有一部分目標(biāo)被測(cè)量，目標(biāo)區(qū)之外的結(jié)構(gòu)未被照射。如果測(cè)量光斑充滿或溢出測(cè)量目標(biāo)，則測(cè)量信號(hào)被圍繞目標(biāo)的區(qū)域所干擾，數(shù)據(jù)解釋和信號(hào)分析將會(huì)不必要地復(fù)雜化。
另一方面，像平面測(cè)量必須過度充填目標(biāo)，以檢測(cè)對(duì)齊度，這是因?yàn)楸仨殞?duì)整個(gè)光瞳面取樣，包括目標(biāo)的輪廓。用于像平面測(cè)量的光線表示為虛線。物平面的圖像形成在第一CCD相機(jī)80上，而光瞳面圖像形成在第二CCD相機(jī)82上。
圖14示出了零重疊量(左手圖)和一個(gè)等于兩倍光柵節(jié)距的X-重疊量(右手圖)的一個(gè)重疊目標(biāo)的可能例子。光瞳面測(cè)量對(duì)于兩種情況，將得到相同的零測(cè)量重疊量，使其為一種不可靠的測(cè)量。然而，像平面測(cè)量可清楚地辨別這在這兩種情況。以此方式，可如下執(zhí)行一個(gè)可靠的兩階段度量方案(1)執(zhí)行兩個(gè)像平面測(cè)量，以驗(yàn)證不存在很大的重疊量誤差。
(2)如果前述測(cè)量表明重疊量小于大約200nm，則實(shí)施光瞳面測(cè)量。該200nm標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)象征性例子。它可制定為任何合理的界限。假設(shè)像平面CCD具有1000×1000像素，并假設(shè)在基底水平的100nm的像素節(jié)距，總的視場(chǎng)將為100×100μm2，這對(duì)于圖案識(shí)別和對(duì)齊已經(jīng)足夠了，而仍允許以約20-50nm的精度進(jìn)行粗略的重疊量測(cè)量。
僅當(dāng)整個(gè)對(duì)齊標(biāo)記對(duì)于CCD來說是可見的時(shí)，粗略的重疊量才能被測(cè)量。如果，例如，只有標(biāo)記的中心部分可見，則需要移動(dòng)基底臺(tái)至標(biāo)記的邊緣，以能夠?qū)嵤┐致缘闹丿B量的測(cè)量。這需要臺(tái)子的額外移動(dòng)，從而減慢了測(cè)量實(shí)施工序。一個(gè)更大的視野允許在一個(gè)“行程”中捕捉到該標(biāo)記，并允許粗略測(cè)量快速地實(shí)施，而第二相機(jī)在光瞳面上自由地捕捉圖像，并得到詳細(xì)的重疊量信息。
如果在曝光工具中使用了邊緣預(yù)對(duì)齊和粗略晶片對(duì)齊的結(jié)果，則用于捕捉相關(guān)圖像所需的視野甚至可被進(jìn)一步減小。借助于這些數(shù)據(jù)，就可能在重疊量度量模塊中邊緣預(yù)對(duì)齊完成之后，以μm精度在基底上預(yù)測(cè)標(biāo)記的位置。
本發(fā)明的實(shí)施例不僅檢測(cè)重疊量，而且利用在光柵或其它周期性結(jié)構(gòu)上布置有臨界尺寸度量的散射儀來檢測(cè)損壞的光柵。該散射儀常規(guī)地檢測(cè)鏡面反射光；即直接反射離開光柵的最低階光。光柵中的局部變形破壞光柵的周期性，并導(dǎo)致沿非鏡面反射方向的散射。該散射儀可用于以各種在其鏡面反射方向之外的角度檢測(cè)散射光束的角分解光譜?？墒褂镁哂协h(huán)狀強(qiáng)度分布的輻射，或小-Φ照射，以獲得更高的精度和更易讀的圖像。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可用于在一個(gè)浸入式光刻設(shè)備中檢測(cè)氣泡缺陷，其中在投影系統(tǒng)和基底之間引入一種液體，如上所述。以前利用離線缺陷檢驗(yàn)工具來測(cè)量氣泡缺陷。離線工具需要比在線工具更長(zhǎng)的時(shí)間來獲得結(jié)果，這是因?yàn)榛妆仨毐蝗〕錾a(chǎn)線并排隊(duì)等候。液體中的氣泡造成基底上的表面缺陷，其將在表面曝光時(shí)造成光散射。利用本發(fā)明的散射儀來測(cè)量散射輻射，散射的原因被回推到氣泡缺陷上。
以上雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，應(yīng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可不同于所述而實(shí)施。這些描述并不意在限制本發(fā)明。這些具體描述的實(shí)施例是一般工作原理的外延，并不一定互相排外；基于如上所述在一檢測(cè)器上觀察到的結(jié)果，它們均可被并入單一度量工具，以增加其有效性。此外，盡管這里描述的實(shí)施例涉及光刻應(yīng)用，該硬件和應(yīng)用并不限于這些。它們可用于其它用途，例如監(jiān)視蝕刻工藝步驟，等等。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量基底特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；和一檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，其中所述透鏡的所述數(shù)值孔徑至少為0.9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，其中所述反射光譜的所述特性包括(a)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(b)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(a)與(b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，其中，還可通過在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，來測(cè)量所述基底的所述特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的散射儀，其中，所述多個(gè)波長(zhǎng)中的每一個(gè)都具有σλ的帶寬和一至少為2σλ的間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，其中，可通過在所述反射光譜中測(cè)量不對(duì)稱性，來測(cè)量?jī)蓚€(gè)未對(duì)齊的周期性結(jié)構(gòu)的一重疊量，所述不對(duì)稱性與所述重疊量的程度有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，包括在一輻射源和所述基底之間的一波長(zhǎng)復(fù)用器，所述輻射源被配置成用于提供所述輻射束；以及在所述基底和所述檢測(cè)器之間的一解復(fù)用器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的散射儀，其中，所述波長(zhǎng)復(fù)用器為一例如光柵或棱鏡的色散元件，所述色散元件適于接納N個(gè)離散波長(zhǎng)，每個(gè)所述離散波長(zhǎng)具有σλ的帶寬和至少2σλ的間距。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的散射儀，其中被配置成用于提供所述輻射束的一輻射源的表面區(qū)域被分割成N部分，每個(gè)所述部分被連接到所述波長(zhǎng)復(fù)用器，其中N為離散波長(zhǎng)的個(gè)數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，包括位于物平面中的光楔，以在所述光瞳面中獲得限定的角分解光譜的分離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的散射儀，包括一非偏振光束分離器和一傾斜反射鏡，其被配置成用于分離一部分從輻射源發(fā)出的所述輻射束，以利用所述檢測(cè)器進(jìn)行單獨(dú)測(cè)量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的散射儀，其中所述輻射束的所述部分被用于測(cè)量所述輻射束的一強(qiáng)度，并用于補(bǔ)償所述輻射束強(qiáng)度的波動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的散射儀，包括一光瞳光闌，所述光瞳光闌被配置成用于限制所述輻射束所述部分的尺寸，并保證所述輻射束所述部分平行于所述輻射束的其余部分。
14.一種用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；和一位于所述基底和所述高數(shù)值孔徑透鏡之間的空間，所述空間包括液體，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度和多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的散射儀，其中所述反射光譜的所述特性包括(a)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(b)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(a)與(b)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的散射儀，包括在一輻射源和所述基底之間的一波長(zhǎng)復(fù)用器，所述輻射源被配置成用于提供所述輻射束；以及在所述基底和一檢測(cè)器之間的一解復(fù)用器，所述檢測(cè)器被配置成用于測(cè)量所述反射光譜的所述特性。
17.一種被配置成用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；和一邊緣，適于放置在一中間物平面的相對(duì)兩半的其中之一內(nèi)，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度和多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的散射儀，其中所述反射光譜的所述特性包括(a)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(b)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(a)與(b)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的散射儀，包括在一輻射源和所述基底之間的一波長(zhǎng)復(fù)用器，所述輻射源被配置成用于提供所述輻射束；以及在所述基底和一檢測(cè)器之間的一解復(fù)用器，所述檢測(cè)器被配置成用于測(cè)量所述反射光譜的所述特性。
20.一種被配置成用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；和一檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的一角分解輻射光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度和多個(gè)波長(zhǎng)同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的散射儀，其中所述反射光譜的所述特性包括(a)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(b)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(a)與(b)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的散射儀，包括在一輻射源和所述基底之間的一波長(zhǎng)復(fù)用器，所述輻射源被配置成用于提供所述輻射束；以及在所述基底和所述檢測(cè)器之間的一解復(fù)用器。
23.一種檢驗(yàn)方法，包括印制一圖案至一基底上；并在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中測(cè)量所述圖案的一反射光譜。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中測(cè)量所述反射光譜包括測(cè)量(a)在多個(gè)角度處的所述反射光譜的特性，(b)多個(gè)波長(zhǎng)，或同時(shí)測(cè)量(a)和(b)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中所述反射光譜的所述特性包括(i)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(ii)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(i)與(ii)。
26.一種檢驗(yàn)方法，包括提供兩個(gè)平行層疊但未對(duì)齊的光柵，從而產(chǎn)生一個(gè)光柵相對(duì)于另一個(gè)光柵的一重疊量；利用一散射儀測(cè)量所述光柵的一反射光譜；并由反射光譜中的不對(duì)稱性推導(dǎo)所述重疊量的程度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中測(cè)量所述反射光譜包括測(cè)量(a)在多個(gè)角度處的所述反射光譜的特性，(b)多個(gè)波長(zhǎng)，或同時(shí)測(cè)量(a)和(b)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中所述反射光譜的所述特性包括(i)一橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度，(ii)一橫向磁和橫向電偏振光之間的相位差，或同時(shí)包括(i)與(ii)。
29.一種器件制造方法，包括將一輻射束投影到一基底的一靶部上，利用一散射儀，在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中，同時(shí)通過預(yù)定范圍的角度和波長(zhǎng)測(cè)量所述光束的反射光譜。
30.一種用于產(chǎn)生一光柵圖案的一角分解光譜圖像的方法，所述方法包括利用光圈，以在產(chǎn)生所述光柵圖案時(shí)模仿光刻曝光條件。
31.一種被配置用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；和一檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解輻射光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性，所述散射儀還包括至少一個(gè)反射器；一檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)和合并由至少一個(gè)反射鏡反射的至少兩個(gè)圖像；和一處理器，被配置成基于所述圖像產(chǎn)生一微分方程，由所述圖像可確定所述輻射束的照射分布。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中所述照射分布被用于校正處于更高衍射級(jí)的所述反射光譜所述特性的測(cè)量。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中所述反射器包括一凹面反射鏡，且所述散射儀包括一機(jī)構(gòu)，用于在所述反射鏡表面上移動(dòng)所述輻射束，以獲得多個(gè)反射角。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中所述反射器包括一凸面反射鏡，且所述散射儀包括一機(jī)構(gòu)，用于在所述鏡表面上移動(dòng)所述輻射束，以獲得多個(gè)反射角。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中所述反射器包括一平面鏡，且所述散射儀包括一機(jī)構(gòu)，用于在多個(gè)角度上傾斜所述反射鏡。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，包括多個(gè)具有不同傾角的反射鏡。
37.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中測(cè)得的反射角在徑向方向中。
38.根據(jù)權(quán)利要求31的散射儀，其中測(cè)得的反射角在方位角方向中。
39.一種檢驗(yàn)方法，包括用帶有圖案的輻射束印制一圖案至一基底上；在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中測(cè)量所述圖案的一反射光譜；通過將所述輻射束反射離開一個(gè)或更多反射鏡來標(biāo)準(zhǔn)化所述輻射束；測(cè)量和合并至少兩個(gè)圖像，所述圖像是由以不同反射角離開一個(gè)或更多反射鏡的輻射束所產(chǎn)生的；以及產(chǎn)生一微分方程，以重建所述輻射束的照射分布。
40.一種被配置成用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括高數(shù)值孔徑透鏡；和檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性，所述散射儀還包括第一偏振器，被配置成用于線性地偏振所述輻射束；光束分離器，被配置成用于將所述輻射束分離成兩個(gè)正交分量(ETE、ETH)；第二偏振器，被配置成用于偏振散射光束；位于所述第一和第二偏振器之間的可變補(bǔ)償器，被配置成用于在正交偏振分量之間改變光程差；以及二維檢測(cè)器，用于檢測(cè)所產(chǎn)生光束分量的正弦強(qiáng)度改變。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的散射儀，其中所述補(bǔ)償器被放置在所述散射儀的一照射支路中。
42.根據(jù)權(quán)利要求40的散射儀，其中所述補(bǔ)償器被定位在所述光束分離器和所述高數(shù)值孔徑透鏡之間。
43.一種用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括高數(shù)值孔徑透鏡；和檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的一輻射束的一角分解光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性，所述散射儀還包括第二檢測(cè)器支路，用于執(zhí)行粗略的重疊量測(cè)量。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的散射儀，其中所述第二檢測(cè)器支路位于所述基底的像平面中。
45.根據(jù)權(quán)利要求43的散射儀，其中所述第二檢測(cè)器支路被配置成用于在基底上測(cè)量重疊量誤差，所述誤差等于一個(gè)整數(shù)乘以所述基底光柵節(jié)距。
46.一種檢驗(yàn)方法，包括提供兩個(gè)平行層疊但未對(duì)齊的光柵，從而產(chǎn)生一個(gè)光柵相對(duì)于另一個(gè)光柵的重疊量；利用一散射儀測(cè)量所述光柵的一反射光譜；由反射光譜中的不對(duì)稱性推導(dǎo)所述重疊量的程度；執(zhí)行對(duì)所述光柵的重疊量的粗略測(cè)量，包括確定所述重疊量誤差是否大于所述光柵節(jié)距寬度。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，包括(i)執(zhí)行一輻射束的兩個(gè)像平面測(cè)量，以確定存在大于所述光柵節(jié)距的重疊量誤差；且(ii)如果確定的重疊量低于一預(yù)定的閾值，則實(shí)施所述輻射束的一光瞳面測(cè)量。
48.一種用于被配置成檢測(cè)一光柵中的局部變形的散射儀，包括用于產(chǎn)生一輻射束的照射裝置；一高數(shù)值孔徑透鏡；一光柵，用于沿一反射方向散射所述光束；和一檢測(cè)器，被配置成用于以各種在其反射方向之外的角度檢測(cè)所述散射光束的一角分解光譜。其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中，在所述反射方向之外，以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述光柵的所述變形。
49.根據(jù)權(quán)利要求48的散射儀，其中所述輻射束包括環(huán)狀照射。
50.一種用于同時(shí)測(cè)量一基底上多個(gè)目標(biāo)的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；一投影器，被配置成用于將多個(gè)照射點(diǎn)投影到一基底上；和一檢測(cè)器，被配置成用于同時(shí)檢測(cè)從所述基底一表面反射的多個(gè)輻射點(diǎn)的一角分解光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度同時(shí)測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的散射儀，包括一分離器，用于產(chǎn)生兩個(gè)相同偏振的照射光斑。
52.一種器件制造方法，包括將一輻射束投影到一基底的一靶部上；在所述光束到達(dá)所述基底之前，將所述光束分離成多個(gè)光束；并且利用一散射儀，在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中，同時(shí)通過預(yù)定范圍的角度和波長(zhǎng)測(cè)量所述多個(gè)光束的反射光譜，以便同時(shí)測(cè)量所述基底上的多個(gè)目標(biāo)。
53.一種被配置成用于測(cè)量基底的特性的散射儀，包括一高數(shù)值孔徑透鏡；一輻射源，用于產(chǎn)生一輻射束；和一檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)從所述基底一表面反射的所述輻射束的一角分解光譜，其中，在所述高數(shù)值孔徑透鏡的所述光瞳面中以多個(gè)角度測(cè)量所述反射光譜的特性，以便測(cè)量所述基底的所述特性，并且其中，所述輻射束在所述基底的共軛面中具有一環(huán)狀強(qiáng)度分布。
54.一種檢驗(yàn)方法，包括利用輻射印制一圖案至一基底上，所述輻射在所述基底的共軛面中包括一環(huán)狀強(qiáng)度分布；在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中測(cè)量所述圖案的一反射光譜。
55.一種用于計(jì)算基底傾角的改變的設(shè)備，所述設(shè)備包括一輻射源，被配置成用于產(chǎn)生一輻射束，所述輻射束在所述基底的共軛面中具有一環(huán)狀分布；一位于輻射束中的具有一形狀的遮攔物；一檢測(cè)器，被配置成用于檢測(cè)由于所述基底傾角改變而造成的、所述基底上所述具有一形狀的遮攔物的寬度和形狀的變化；一處理器，用于根據(jù)由檢測(cè)器檢測(cè)到的變化來計(jì)算所述基底傾角的改變。
56.一種在一浸入式光刻設(shè)備中檢測(cè)氣泡缺陷的方法，包括印制一圖案至一基底上；在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中測(cè)量所述圖案的一反射光譜；根據(jù)所述反射光譜，確定在所述圖案中是否存在缺陷，所述缺陷是由包含在浸入式光刻設(shè)備中的一液體內(nèi)的氣泡所造成的。
全文摘要
一種通過在一高數(shù)值孔徑透鏡的光瞳面中測(cè)量一角分解光譜從而確定基底特性的設(shè)備與方法，所述角分解光譜是由反射離開所述基底的輻射形成的。所述特性可依角度和波長(zhǎng)而變化，并可包括橫向磁和橫向電偏振光的強(qiáng)度及其相對(duì)相位差。
文檔編號(hào)G01N22/00GK1916603SQ20051009173
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2005年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月16日
發(fā)明者A·J·登博夫, A·J·布里克, Y·J·L·M·范多梅倫, M·杜薩, A·G·M·基爾斯, P·F·魯爾曼恩, H·P·M·佩勒曼斯, M·范德沙爾, C·D·格勞斯特拉, M·G·M·范克拉亞 申請(qǐng)人:Asml荷蘭有限公司