專(zhuān)利名稱(chēng)：用于增強(qiáng)確定襯底上的結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)時(shí)的測(cè)量精確度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在干涉式光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)襯底上的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)進(jìn)行高精確度測(cè)量的方法，所述襯底放置于可在X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)的平臺(tái)上。襯底上的結(jié)構(gòu)經(jīng)由測(cè)量物鏡成像到檢測(cè)器上，所述測(cè)量物鏡的光軸在Z坐標(biāo)方向上對(duì)準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
在1998年3月31日由Carola Blsing博士發(fā)表在日內(nèi)瓦的半導(dǎo)體教育規(guī)劃大會(huì)(Semicon Education Program Convention)上的題為“PatternPlacement Metrology for Mask Making”的文章中詳細(xì)描述了用于對(duì)襯底(晶片或掩膜)上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量裝置。這里給出的描述是坐標(biāo)測(cè)量裝置的基礎(chǔ)。由于本發(fā)明可有利地與所述測(cè)量裝置一起使用且將在對(duì)所述測(cè)量裝置的通常的適用性無(wú)損害的情況下參考所述測(cè)量裝置以主要地描述本發(fā)明，所以將在下文參考附圖1來(lái)描述這種測(cè)量裝置。眾所周知的測(cè)量裝置1是用于測(cè)量樣本30(例如，掩膜和晶片)上的結(jié)構(gòu)31及其坐標(biāo)的。在本申請(qǐng)案的上下文中，認(rèn)為術(shù)語(yǔ)“樣本”、“襯底”和通用術(shù)語(yǔ)“物體”是同義詞。在布置在晶片上的半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)過(guò)程中，由于集成度不斷增加，所以個(gè)體結(jié)構(gòu)31的結(jié)構(gòu)寬度變得越來(lái)越小。因此，對(duì)用作測(cè)量和檢查系統(tǒng)的坐標(biāo)測(cè)量裝置的規(guī)格的要求變得越來(lái)越嚴(yán)格，所述測(cè)量和檢查系統(tǒng)用于測(cè)量結(jié)構(gòu)31的邊緣和位置并用于測(cè)量結(jié)構(gòu)寬度和重疊數(shù)據(jù)。以類(lèi)似于顯微鏡的形式且與激光距離測(cè)量系統(tǒng)相結(jié)合的光學(xué)采樣技術(shù)仍受歡迎。光學(xué)測(cè)量裝置的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)與具有不同采樣(例如，X射線或電子束采樣)的系統(tǒng)相比時(shí)，其實(shí)質(zhì)上結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單且易于操作，且其在位置測(cè)量方面具有較大穩(wěn)定性。
這種測(cè)量裝置1中的實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)布置在阻尼振動(dòng)花崗巖塊(vibration-damped granite block)23上。通過(guò)自動(dòng)操縱系統(tǒng)將掩膜或晶片放置在測(cè)量平臺(tái)26上。這種測(cè)量平臺(tái)26通過(guò)空氣軸承27、28而支撐于花崗巖塊23的表面上。測(cè)量平臺(tái)26是馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的且可在兩個(gè)維度(X和Y坐標(biāo)方向)上移位。未繪示相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件。平面鏡9安裝在測(cè)量平臺(tái)26的兩個(gè)相互垂直側(cè)。包括多個(gè)干涉儀的激光干涉儀系統(tǒng)900用于追蹤和確定測(cè)量平臺(tái)26的位置。
由高分辨率的顯微鏡光學(xué)器件來(lái)執(zhí)行待測(cè)量的結(jié)構(gòu)的照明和成像，所述高分辨率的顯微鏡光學(xué)器件的入射光和/或透射光在接近UV的光譜范圍內(nèi)(對(duì)其通常的適用性無(wú)損害)。CCD照相機(jī)用作檢測(cè)器。從位于測(cè)量窗口內(nèi)的CCD檢測(cè)器陣列的像素獲得測(cè)量信號(hào)。借助于(例如)用于確定所述結(jié)構(gòu)的邊緣位置或彼此相交的兩個(gè)結(jié)構(gòu)的相交點(diǎn)的圖像處理，因此得到所測(cè)量結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分布圖(profile)。通常，相對(duì)于襯底(掩膜或晶片)上的參考點(diǎn)或相對(duì)于光軸20來(lái)確定所述結(jié)構(gòu)元件的位置。這連同測(cè)量平臺(tái)26的以干涉儀所測(cè)量的位置一起形成結(jié)構(gòu)31的坐標(biāo)。用于曝光的晶片或掩膜上的結(jié)構(gòu)僅允許極小的容差(tolerance)。因此，為了檢查這些結(jié)構(gòu)，需要極高的測(cè)量精確度(當(dāng)前為納米數(shù)量級(jí))。從德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)案DE 10047211A1了解到一種用于確定所述結(jié)構(gòu)的位置的方法和測(cè)量裝置。明確參考所述文獻(xiàn)以了解上述位置確定的細(xì)節(jié)。
在圖1說(shuō)明的測(cè)量裝置1的實(shí)例中，測(cè)量平臺(tái)26形成為框架，使得也可用來(lái)自下面的透射光以照明樣本30。位于樣本30上的是入射光，照明和成像裝置2，其布置在光軸20周?chē)?。在Z坐標(biāo)方向上沿光軸20可進(jìn)行(自動(dòng))聚焦。照明和成像構(gòu)件2包括光束分裂模塊(beam splitting module)32、上述檢測(cè)器34、對(duì)準(zhǔn)構(gòu)件33和多個(gè)照明裝置35(例如，用于自動(dòng)聚焦、視界照明和實(shí)際樣本照明)。21處指出可在Z坐標(biāo)方向上移位的物鏡。
具有高度可調(diào)節(jié)的聚光器17和光源7的透射光照明構(gòu)件也插入在花崗巖塊23中，它的光是經(jīng)由具有盡可能大的數(shù)字入口孔徑的已放大的接入光學(xué)器件(coupling-in optics)3來(lái)接收的。以此方式，從光源7接收盡可能多的光。因此接收的光接入在接入光學(xué)器件3中且進(jìn)入光導(dǎo)向器(lightguide)4，例如光纖束(fiber-optic bundle)。優(yōu)選地形成為消色差物鏡(achromatic objective)的接出光學(xué)器件(coupling-out optics)5將光耦合到聚光器17中。也可經(jīng)由鏡組合件從光源7接入照明光。
為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)測(cè)量所需的納米精確度，必需盡可能使來(lái)自環(huán)境的干涉影響(例如，周?chē)諝獾淖兓蛘駝?dòng))最小化。為此，可將測(cè)量裝置容納于氣候室(climate chamber)中，所述測(cè)量裝置以較大的精確度控制所述室內(nèi)的溫度和濕度(＜0.01℃或＜1％的相對(duì)濕度)。為了消除振動(dòng)，如上所述，將測(cè)量裝置1支撐于具有振動(dòng)阻尼器24、25的花崗巖塊上。
確定結(jié)構(gòu)位置的精確度很大程度上取決于用于確定在X和Y坐標(biāo)方向上的平臺(tái)位置的激光干涉儀系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確度。由于干涉儀的激光束在測(cè)量裝置的周?chē)諝庵袀鞑?，所以波長(zhǎng)取決于所述周?chē)諝獾恼凵渎省Ｋ稣凵渎孰S著溫度、濕度和氣壓的變化而變化。盡管對(duì)氣候室中的溫度和濕度進(jìn)行了控制，但是余留的波長(zhǎng)振動(dòng)對(duì)于所需的測(cè)量精確度來(lái)說(shuō)還是太強(qiáng)。因此，使用所謂的標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)來(lái)補(bǔ)償由于周?chē)諝獾恼凵渎实淖兓鸬臏y(cè)量值變化。在所述標(biāo)準(zhǔn)具中，測(cè)量光束覆蓋固定的度量距離，使得相應(yīng)的所測(cè)光學(xué)長(zhǎng)度的變化可僅由周?chē)諝獾臏y(cè)量指數(shù)的變化而引起。這就是可如何使用標(biāo)準(zhǔn)具測(cè)量通過(guò)連續(xù)確定當(dāng)前的波長(zhǎng)值并將其考慮在內(nèi)以進(jìn)行干涉測(cè)量而很大程度上補(bǔ)償折射率的變化的影響。
為了實(shí)現(xiàn)最高精確度，激光距離測(cè)量系統(tǒng)通常根據(jù)外差原理來(lái)操作，所述外差原理利用將激光束分裂成兩個(gè)線性偏振的分量的可能性(此處，使用兩個(gè)塞曼線(Zeemann line)的較小頻率差)。所述兩個(gè)分量在干涉儀中分裂，被用作測(cè)量和參考光束，且再次疊加于干涉儀中，并被迫彼此干涉。所使用的激光距離測(cè)量系統(tǒng)在632.8nm的激光波長(zhǎng)λLaser處，每激光距離測(cè)量系統(tǒng)的整數(shù)值(激光點(diǎn)擊)具有0.309nm的分辨率。
為了描述所述測(cè)量裝置的精確度，通常使用一坐標(biāo)的測(cè)量到的平均值的三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3σ)。在測(cè)量值的正態(tài)(normal)分布中，統(tǒng)計(jì)上的99％的測(cè)量值在約為平均值的3σ范圍內(nèi)。通過(guò)測(cè)量在X和Y坐標(biāo)方向上的點(diǎn)的柵格來(lái)作出關(guān)于可重復(fù)性的指示，其中對(duì)于每個(gè)方向來(lái)說(shuō)，在重復(fù)測(cè)量所有點(diǎn)后，可指出平均的和最大的3σ值。作為典型的實(shí)例，在石英襯底上測(cè)量寬度為1μm的15×15柵格(柵格點(diǎn)的間距10mm)的交叉的鉻結(jié)構(gòu)。測(cè)量2×(X和Y)225個(gè)點(diǎn)重復(fù)20次(20次通過(guò))。在所謂的多點(diǎn)校正(其允許一次通過(guò)的所有點(diǎn)共同旋轉(zhuǎn)和偏移)之后，實(shí)現(xiàn)1.5到2nm的可重復(fù)性(450個(gè)點(diǎn)的所有3σ值的偏差的最大值3σ)。不進(jìn)行多點(diǎn)校正的情況下，所述值在2與6nm之間。
需要進(jìn)一步改進(jìn)可重復(fù)性且因此進(jìn)一步改進(jìn)所述測(cè)量裝置的測(cè)量精確度。本發(fā)明的主要注意力放在用于測(cè)量平臺(tái)的坐標(biāo)測(cè)量或用于確定此測(cè)量平臺(tái)的坐標(biāo)的變化的激光干涉儀上。請(qǐng)注意，本發(fā)明不限于所述測(cè)量裝置的情境中的干涉儀，而是通常可用于激光干涉測(cè)量。
從US-5,469,260可知一種用于借助于激光干涉法來(lái)測(cè)量一維或二維可穿越平臺(tái)的位置的設(shè)備。為此，將固定鏡(stationary mirror)附裝在(例如)固定光學(xué)系統(tǒng)上，而可移動(dòng)平臺(tái)本身攜帶一鏡。激光束以眾所周知的方式被分裂，使得一部分入射于固定鏡上，而另一部分入射于所攜帶的鏡上，并在其上被反射。通過(guò)移位干涉環(huán)使反射的部分光束在其中彼此干涉，可得到所攜帶的鏡相對(duì)于固定鏡的相對(duì)位移，且可確定此位移的量。
作為上述測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)例，本文獻(xiàn)中論述通過(guò)掩膜和光學(xué)投影系統(tǒng)(步進(jìn)器)在晶片曝光期間對(duì)晶片支撐平臺(tái)進(jìn)行位置測(cè)量。此處，支撐平臺(tái)相對(duì)于固定光學(xué)投影系統(tǒng)的位置是借助于干涉法測(cè)量的。為了測(cè)量該平臺(tái)在平面中的X和Y坐標(biāo)，因此需要兩個(gè)干涉儀系統(tǒng)。
存在LMS IPROM的顯著誤差分量是由干涉儀誤差引起的較強(qiáng)指示。這個(gè)誤差是由Agilent干涉儀系統(tǒng)引起的。此誤差具有正弦曲線形式且可被觀察到，視通過(guò)干涉儀(在此期間產(chǎn)生誤差)的情況而定，以λLaser/4(＝632.8nm/4＝158.2nm)和λLaser/2的周期長(zhǎng)度隨平臺(tái)位置的變化而變化。因?yàn)榉瓷浣嵌瓤赡苡捎谄脚_(tái)體上的鏡和平臺(tái)體自身的可移動(dòng)性的緣故而略微變化，且因此激光束在干涉儀中的入射地點(diǎn)以及測(cè)量和參考光束的疊加改變，所以干涉儀誤差的振幅和相位也改變。雖然由標(biāo)準(zhǔn)具測(cè)量到的折射率的變化正確地考慮了相關(guān)位置變化(同樣在較長(zhǎng)距離內(nèi))，但其自身無(wú)法補(bǔ)償干涉儀誤差。
因此，此誤差的校正可能不準(zhǔn)確，因?yàn)槠洳粌H隨著掩膜上測(cè)量地點(diǎn)的變化而變化而且還隨時(shí)間而變化。這就是通常的干涉儀校正方法已經(jīng)達(dá)到其極限的原因。此誤差的最佳考慮事項(xiàng)應(yīng)該考慮測(cè)量的地點(diǎn)和時(shí)間。如果實(shí)施測(cè)量對(duì)數(shù)，所述測(cè)量對(duì)數(shù)同時(shí)確定并計(jì)算出每次位置測(cè)量期間的干涉儀校正，就會(huì)理想地實(shí)現(xiàn)這一目的。發(fā)明人期望在此提出此算法。將其合并在現(xiàn)有方法中，使得測(cè)量時(shí)間將只是在最小程度上受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是增加用于確定襯底上的結(jié)構(gòu)的位置的測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精確度，且同時(shí)消除激光干涉儀誤差對(duì)測(cè)量精確度的影響。
根據(jù)本發(fā)明，這個(gè)目的由如下方法來(lái)解決，在所述方法中，首先，以襯底上的結(jié)構(gòu)定位于檢測(cè)器的至少一個(gè)預(yù)定的測(cè)量窗口中的方式使可在X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)的平臺(tái)橫穿。接著，執(zhí)行在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，在移動(dòng)期間，與在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)同步，由檢測(cè)器取得所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，且還與成像同步來(lái)確定平臺(tái)在X和Y坐標(biāo)方向上的位置。接著，使平臺(tái)在由X和Y坐標(biāo)界定的平面中橫穿一距離至少一次，其中測(cè)量窗口也移位這個(gè)距離。產(chǎn)生與Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，其中與在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)同步，由檢測(cè)器取得所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，其中還與成像同步在X和Y坐標(biāo)方向上確定所述平臺(tái)的位置。最后，依據(jù)與Z坐標(biāo)方向和相反方向上的相對(duì)移動(dòng)期間所述結(jié)構(gòu)的所記錄圖像同步而記錄的Z位置，以及依據(jù)與每個(gè)圖像相關(guān)聯(lián)而確定的所述平臺(tái)的位置，來(lái)確定所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)實(shí)際位置。
借助于至少一個(gè)激光干涉儀來(lái)確定所述平臺(tái)在成像期間的位置，其中所述激光干涉儀的光具有波長(zhǎng)λLaser。
在測(cè)量操作之前，確定所述平臺(tái)在由X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿的距離的適當(dāng)值。
平臺(tái)在由X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿的距離對(duì)應(yīng)于激光干涉儀的波長(zhǎng)λLaser的的整數(shù)倍。
平臺(tái)在由X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿的距離由在X坐標(biāo)方向上的分量和在Y坐標(biāo)方向上的分量組成，其中兩個(gè)分量的量值可能不同。
以使平臺(tái)剛好在Z方向的反轉(zhuǎn)之前在由X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿的方式，執(zhí)行Z坐標(biāo)方向上和相反方向上的相對(duì)移動(dòng)以及所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像的相關(guān)同步記錄。
至少一個(gè)用于測(cè)量一坐標(biāo)的第一預(yù)定的測(cè)量窗口與檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)。多個(gè)窗口可與所述檢測(cè)器相關(guān)聯(lián)，其中可使另一測(cè)量窗口相對(duì)于所述第一測(cè)量窗口旋轉(zhuǎn)(例如)90°。所述各測(cè)量窗口為四邊形。所述四邊形的尺寸可能不同。
該測(cè)量物鏡的相對(duì)移動(dòng)的橫穿距離在即將在Z方向上使用的每個(gè)測(cè)量物鏡的焦深的范圍內(nèi)。該測(cè)量物鏡在Z方向上的相對(duì)移動(dòng)包括數(shù)十納米一直到幾微米。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，執(zhí)行Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)一次。并且，使平臺(tái)在由X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿一距離一次。隨后，執(zhí)行與Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)一次。
根據(jù)用于以高精確度測(cè)量襯底上的坐標(biāo)的方法，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程之前，在至少一個(gè)測(cè)量窗口中執(zhí)行結(jié)構(gòu)的定位尤其有利。通常，在Z坐標(biāo)方向上執(zhí)行相對(duì)移動(dòng)，其中在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)期間借助CCD相機(jī)來(lái)記錄襯底上的結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像。在Z方向上的移動(dòng)主要是為了以高精確度并與其它測(cè)量值同步(同時(shí))來(lái)確定聚焦位置。也可能在不進(jìn)行相對(duì)Z移動(dòng)的情況下執(zhí)行測(cè)量。然而，這并不限制關(guān)于干涉儀誤差的要求。與成像(和Z位置測(cè)量)同時(shí)，用至少一個(gè)激光干涉儀記錄該平臺(tái)在成像期間的位置。隨后，使平臺(tái)橫穿一距離，如果可能使其移位干涉儀誤差周期的一半。為了避免所述結(jié)構(gòu)的另一位置位于測(cè)量窗口中，測(cè)量窗口相應(yīng)地移位。在具體情況下，在λLaser/4(158nm的周期)處，存在80nm的位移，在λLaser/2處，存在160nm的位移。視每個(gè)誤差情況而定，其它值也是可能的。這個(gè)值可能已預(yù)先動(dòng)態(tài)地確定。這之后再次是產(chǎn)生與Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)，其中在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)期間，再次借助于CCD相機(jī)來(lái)記錄襯底上的結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像。實(shí)際上，以干涉法確定的平臺(tái)位置、測(cè)量窗口的兩個(gè)位置的所記錄圖像和在Z方向上及在相反方向上橫穿期間每個(gè)同步記錄的Z位置用于確定所述結(jié)構(gòu)的邊緣的位置和結(jié)構(gòu)寬度。
根據(jù)另一實(shí)施例，平臺(tái)不僅橫穿單一距離，而且還連續(xù)橫穿兩個(gè)或兩個(gè)以上的距離，每次都伴隨數(shù)據(jù)記錄。
根據(jù)另一實(shí)施例，在到達(dá)聚焦點(diǎn)之前僅執(zhí)行在Z坐標(biāo)方向上的橫穿。在這個(gè)Z位置處，固定圖像測(cè)量裝置。在這個(gè)Z位置處執(zhí)行這個(gè)位置處足夠量的測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄(如果之后進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量方向上的移位)和對(duì)更多測(cè)量數(shù)據(jù)集的測(cè)量。所述結(jié)構(gòu)可為例如線、空間、點(diǎn)、孔、錘頭狀物等元素。
襯底上的結(jié)構(gòu)(例如)形成為交叉。將多個(gè)交叉施加在測(cè)試掩膜上作為襯底，其中交叉具有4μm的實(shí)際尺寸。上述氣候室是相對(duì)于外部大氣影響(例如，溫度和濕度)而盡可能密封的室，其具有用于使上述參數(shù)維持恒定的調(diào)節(jié)設(shè)備。改變折射率的另外的參數(shù)是氣候室中的大氣的成分和此大氣的壓力。通常，選擇空氣作為大氣以調(diào)節(jié)此氣候室的溫度和濕度。在不限制通常適用性的情況下，在下文中將提到氣流。


在下文中參看附圖將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)。
圖1示意性地繪示坐標(biāo)測(cè)量裝置，其中可有利地使用根據(jù)本發(fā)明的位置測(cè)量方法。
圖2A繪示在根據(jù)圖1的測(cè)量系統(tǒng)中X坐標(biāo)方向的可重復(fù)性，其中指示九次測(cè)量通過(guò)的15×15柵格的坐標(biāo)位置，其中為了更好地檢測(cè)可重復(fù)性，從每個(gè)柵格位置處的所有位置減去所有九次測(cè)量通過(guò)的平均值。
圖2B繪示在根據(jù)圖1的測(cè)量系統(tǒng)中Y坐標(biāo)方向的可重復(fù)性，其中指示九次測(cè)量通過(guò)的15×15柵格的坐標(biāo)位置，其中為了更好地檢測(cè)可重復(fù)性，從每個(gè)柵格位置處的所有位置減去所有九次測(cè)量通過(guò)的平均值。
圖3繪示在模擬中預(yù)定的干涉儀誤差與借助于對(duì)測(cè)量位置的傅立葉分析而檢測(cè)到的誤差的比較。
圖4繪示交叉結(jié)構(gòu)的相機(jī)圖像，其中提供兩個(gè)測(cè)量窗口用于確定在X坐標(biāo)方向和Y坐標(biāo)方向上的各個(gè)坐標(biāo)。
圖5繪示所述結(jié)構(gòu)移位預(yù)定的距離和與相機(jī)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量窗口的相應(yīng)移位。
圖6A繪示用相機(jī)的測(cè)量窗口記錄的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分布圖；橫坐標(biāo)是相機(jī)圖像中的位置，縱坐標(biāo)是強(qiáng)度。
圖6B繪示在結(jié)構(gòu)的Z坐標(biāo)方向上掃描期間不同圖像的強(qiáng)度分布圖，所述結(jié)構(gòu)利用相機(jī)的測(cè)量窗口而成像；橫坐標(biāo)是相機(jī)圖像中的位置，縱坐標(biāo)是強(qiáng)度。
圖6C繪示結(jié)構(gòu)的另一強(qiáng)度分布圖，所述結(jié)構(gòu)利用測(cè)量窗口成像；橫坐標(biāo)是相機(jī)圖像中的位置，縱坐標(biāo)是強(qiáng)度。
圖7繪示分布圖的不同圖像的對(duì)照值作為Z值的函數(shù)，其中在Z坐標(biāo)方向和相反方向上的掃描期間已經(jīng)記錄多個(gè)分布圖。
圖8繪示左和右邊緣的位置作為Z坐標(biāo)方向上的位置的函數(shù)，其中縱坐標(biāo)是所測(cè)量的平臺(tái)位置與設(shè)定點(diǎn)位置的偏差。
圖9A繪示由于干涉儀誤差而導(dǎo)致的在X坐標(biāo)方向上位置測(cè)量的測(cè)量值與設(shè)定點(diǎn)值的偏差。
圖9B繪示圖9A中所示的位置光譜的傅立葉變換，其中峰值由干涉儀誤差λLaser/4引起。
圖10A繪示由于干涉儀誤差和相機(jī)特性引起的在Y方向上位置測(cè)量的測(cè)量值從設(shè)定點(diǎn)值的波動(dòng)。
圖10B繪示圖10A中所示的位置光譜的傅立葉變換，其中峰值再次對(duì)應(yīng)于λLaser/4，且所述峰值由偶數(shù)和奇數(shù)條相機(jī)線的不同增益所引起。
圖11繪示干涉儀誤差的正弦曲線，其被引入到高達(dá)1nm的全振幅(fullamplitude)的測(cè)量結(jié)果中。
圖12繪示雙掃描的效果的示意圖。
圖13繪示在不進(jìn)行漂移校正的情況下測(cè)量到的數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)通過(guò)20nm的步幅的移位來(lái)記錄。
圖14繪示用新的“雙掃描”方法借助LMS IPRO3而獲得的測(cè)量結(jié)果與借助先前方法“一般模式”而獲得的測(cè)量結(jié)果的比較。
具體實(shí)施例方式
在描述內(nèi)容的介紹性部分中已詳細(xì)解釋圖1所示的類(lèi)型的坐標(biāo)測(cè)量裝置。
此坐標(biāo)測(cè)量裝置的可重復(fù)性或可再現(xiàn)性通常通過(guò)測(cè)量15×15點(diǎn)的測(cè)量柵格(測(cè)量區(qū)域6英寸，152×152mm)而在工廠中確定。三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(3σ)的值通常在X和Y坐標(biāo)方向上獲得的坐標(biāo)的20次測(cè)量之后確定。此三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差的最大值表示可重復(fù)性且因此表示機(jī)器性能。
如果在所界定的掩膜位置上局部進(jìn)行測(cè)量(即，在此情況下不使X/Y測(cè)量平臺(tái)橫穿)，那么這就是短期可再現(xiàn)性的指示(此處，20*100測(cè)量*4秒＝2.2小時(shí))。此測(cè)量給出關(guān)于短時(shí)間周期內(nèi)的可重復(fù)性的指示(所謂的針測(cè)試)。
在圖2A和2B中分別針對(duì)X或Y方向以對(duì)照測(cè)量行程來(lái)描繪此測(cè)量的結(jié)果，更精確地說(shuō)是最大的三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(可重復(fù)性)的每個(gè)值的結(jié)果。第一測(cè)量行程指示為.NA0，第二測(cè)量行程為.NA1等等。在每個(gè)圖形表示中指示位置值。每個(gè)測(cè)量行程取用100個(gè)測(cè)量值。結(jié)果是分別在X方向上的2.8nm或Y方向上的2.3nm的范圍內(nèi)X坐標(biāo)方向上的1.4nm和Y坐標(biāo)方向上的1.1nm的可重復(fù)性，其中所述范圍表示最大與最小值之間的差值且因此表示噪聲頻帶的測(cè)量值。
在測(cè)量時(shí)間(通常8個(gè)小時(shí))期間，當(dāng)(在工廠中)確定位置X、Y的短期可重復(fù)性時(shí)(在半導(dǎo)體掩膜上柵格間距為10mm的15×15點(diǎn)柵格的20倍測(cè)量)，可觀察到所測(cè)量的可重復(fù)性與氣壓變化的清楚的相依性(通常是1.5nm，在漂移校正后所有450(15×15×2)個(gè)各點(diǎn)的最大值具有3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差)。其原因可在干涉儀誤差中找到，所述干涉儀誤差具有正弦形式(或正弦波的重疊)且與平臺(tái)位置重疊。偏差主要隨λ/4(＝632.8nm/4＝158.2nm；λ＝干涉儀系統(tǒng)的測(cè)量波長(zhǎng))和/或λ/2的周期長(zhǎng)度而變化。隨著氣壓改變，空氣的密度也改變，且因此折射率和(進(jìn)而)激光距離測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量波長(zhǎng)假定為恒定的，使得短期可再現(xiàn)性與氣壓的變化相關(guān)。多種測(cè)試測(cè)量展示干涉儀誤差既不長(zhǎng)期在時(shí)間上也不在空間上恒定，且因此無(wú)法足夠精確地確定該測(cè)量波長(zhǎng)，且無(wú)法通過(guò)對(duì)必要的測(cè)量時(shí)間(若干小時(shí))和測(cè)量地點(diǎn)(140mm×140mm)的誤差比例的單個(gè)確定來(lái)校正所述測(cè)量波長(zhǎng)。
圖3繪示在模擬中預(yù)定的干涉儀誤差與通過(guò)傅立葉分析獲得的誤差的比較。傅立葉分析(不是FFT)當(dāng)前似乎是用于確定局部4/λ頻率的最精確的數(shù)學(xué)方法。橫坐標(biāo)40是測(cè)量平臺(tái)26的位置?？v坐標(biāo)41是干涉儀誤差(以μm計(jì))。此處，干涉的特征在于誤差由下式描述F(x)＝asfs(x)+acfc(x)其中fs(x)＝sin(kx) fc(x)＝cos(kx)k=8πλ]]>fs和fc的振幅as和ac由下式給出as=2xend-xstart∫xstartxendp(x)fs(x)dx,ac=2xend-xstart∫xstartxendp(x)fc(x)dx]]>此處，p(x)是作為平臺(tái)位置的函數(shù)的源于邊緣位置的內(nèi)插的函數(shù)。此處指出預(yù)定的干涉儀誤差42和通過(guò)測(cè)量而確定的干涉儀誤差43。
通過(guò)測(cè)量該結(jié)構(gòu)相對(duì)于彼此移位該干涉儀誤差的周期的一部分或其比例的兩個(gè)不同位置且對(duì)所述兩個(gè)不同位置求平均值，且通過(guò)使所述測(cè)量彼此直接相繼來(lái)確定結(jié)構(gòu)的位置。此處，測(cè)量相機(jī)的測(cè)量窗口也以與X/Y平臺(tái)27的位置移位相對(duì)應(yīng)的方式而移位，使得兩個(gè)測(cè)量結(jié)果理論上應(yīng)提供相同的位置。維持著通過(guò)用位置控制來(lái)?yè)踔勾伺_(tái)26(經(jīng)由在X和Y位置進(jìn)行電子反饋擋止控制)和通過(guò)聚焦位置來(lái)測(cè)量該位置的先前已很好地被檢驗(yàn)的方法。在首先通過(guò)該聚焦位置(在Z坐標(biāo)方向上)之后，平臺(tái)和相機(jī)的測(cè)量窗口對(duì)應(yīng)于干涉儀誤差的周期而移位，且在第二次或反向通過(guò)聚焦位置(在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上)的過(guò)程中，第二次確定所述位置。這也導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間最小化。
圖4繪示第一測(cè)量窗口50和第二測(cè)量窗口51相對(duì)于由相機(jī)框架來(lái)成像的交叉結(jié)構(gòu)52的布置。從每個(gè)測(cè)量窗口50、51的像素來(lái)計(jì)算測(cè)量窗口50、51中的結(jié)構(gòu)的每個(gè)分布圖。如上文已描述，測(cè)量窗口50、51定位在待測(cè)量的結(jié)構(gòu)52上，且隨后焦點(diǎn)隨Z方向上的相對(duì)移動(dòng)(Z坐標(biāo)方向上或光軸20的方向上測(cè)量物鏡17的相對(duì)移動(dòng))而改變。在不同聚焦位置處讀出來(lái)自測(cè)量窗口50、51的數(shù)據(jù)。從所述讀出的數(shù)據(jù)中，確定Z坐標(biāo)方向上提供最佳焦點(diǎn)的那個(gè)位置。盡管圖4中繪示交叉結(jié)構(gòu)，但這不應(yīng)解釋為限制?？捎酶鶕?jù)本發(fā)明的方法來(lái)測(cè)量多種結(jié)構(gòu)?？赡艿慕Y(jié)構(gòu)為線、空間、點(diǎn)、孔、錘頭狀物等。
圖5繪示結(jié)構(gòu)52偏移55預(yù)定的距離和與相機(jī)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量窗口56的相應(yīng)偏移57。用相機(jī)或檢測(cè)器的測(cè)量窗口56來(lái)測(cè)量第一結(jié)構(gòu)52。為此，在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)期間借助CCD相機(jī)取得襯底上結(jié)構(gòu)52的多個(gè)圖像。同時(shí)，還確定平臺(tái)的位置，這由激光干涉儀通過(guò)使用特定波長(zhǎng)λ的光來(lái)執(zhí)行。一旦記錄了多個(gè)圖像，就使平臺(tái)橫穿對(duì)應(yīng)于在激光干涉儀中使用的光的波長(zhǎng)λ的距離。以相應(yīng)的方式偏移測(cè)量窗口，使得結(jié)構(gòu)上的相同地點(diǎn)再次定位在每個(gè)測(cè)量窗口56中。隨后，執(zhí)行與Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)，其中再次借助CCD相機(jī)取得襯底上的結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像。偏移55由在X坐標(biāo)方向上的分量和在Y坐標(biāo)方向上的分量組成。可了解到，首先在X坐標(biāo)方向上執(zhí)行偏移，且隨后在Y坐標(biāo)方向上執(zhí)行偏移。
圖6A、6B和6C繪示結(jié)構(gòu)的不同強(qiáng)度分布圖。在測(cè)量物鏡的不同Z位置處，已成像各個(gè)圖像，強(qiáng)度分布圖是從所述各個(gè)圖像獲得的。此處，橫坐標(biāo)60是圖像位置，且縱坐標(biāo)61是測(cè)量到的強(qiáng)度(以任何適當(dāng)單位計(jì))。如重復(fù)提到的，與依據(jù)激光干涉儀數(shù)據(jù)和焦點(diǎn)值或在Z坐標(biāo)方向上的值確定X坐標(biāo)方向和Y坐標(biāo)方向上相關(guān)聯(lián)的平臺(tái)位置的同時(shí)，取得若干相機(jī)圖像。如圖4所示，至少一個(gè)測(cè)量窗口定位在待測(cè)量的結(jié)構(gòu)上方。在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)期間，在所述相對(duì)移動(dòng)期間取得50個(gè)圖像。分布圖的數(shù)目源于圖像數(shù)目與測(cè)量窗口數(shù)目的乘積。如果在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上執(zhí)行相對(duì)移動(dòng)，那么所記錄的圖像的數(shù)目加倍。圖6A繪示(例如)第19個(gè)記錄的圖像的強(qiáng)度分布圖62。圖6B繪示在Z坐標(biāo)方向上的移動(dòng)期間第29個(gè)記錄的圖像的強(qiáng)度分布圖63。圖6C繪示在Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)期間第39個(gè)記錄的圖像的強(qiáng)度分布圖64。可從圖6A、6B和6C的各個(gè)圖像的比較中清楚地看到，作為在Z坐標(biāo)方向上的移動(dòng)期間恰當(dāng)記錄的圖像的位置的函數(shù)的信號(hào)量值和信號(hào)形式的差異。信號(hào)量值或分布圖邊緣的斜率是對(duì)比度且因此是焦點(diǎn)或聚焦位置的度量。
圖7繪示源于通過(guò)“真正”聚焦點(diǎn)兩次的100個(gè)分布圖的對(duì)照值。這就是橫坐標(biāo)70是焦點(diǎn)的位置或在Z坐標(biāo)方向上的測(cè)量物鏡的位置的原因?？v坐標(biāo)71是所述結(jié)構(gòu)的測(cè)量到的強(qiáng)度分布圖的對(duì)照值。各個(gè)分布圖的對(duì)照展示為在Z坐標(biāo)方向上的值的函數(shù)。各個(gè)測(cè)量點(diǎn)配合到曲線，使得曲線的每一者均存在最大值。第一曲線72配合到那些源于測(cè)量到的強(qiáng)度分布圖的強(qiáng)度分布圖，所述測(cè)量到的強(qiáng)度分布圖源于在Z坐標(biāo)方向上測(cè)量物鏡的移動(dòng)。第二曲線73配合到那些源于測(cè)量到的強(qiáng)度分布圖的強(qiáng)度分布圖，所述測(cè)量到的強(qiáng)度分布圖源于在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上測(cè)量物鏡的移動(dòng)。虛線74指示最大值之一，且因此所述最大值之一表示最佳焦點(diǎn)。
在圖8中，結(jié)構(gòu)的左和右邊緣的每個(gè)位置均指示為在Z坐標(biāo)方向上的位置的函數(shù)。橫坐標(biāo)80是聚焦位置，縱坐標(biāo)81是邊緣位置與設(shè)定點(diǎn)值的偏差(以μm計(jì))。一個(gè)測(cè)量窗口52用于左和右邊緣的位置的各自確定(參見(jiàn)圖4的說(shuō)明)?？蓮娜?例如)圖6A、6B和6C所示的各個(gè)分布圖中計(jì)算相對(duì)于Z坐標(biāo)方向上的每個(gè)位置的每個(gè)邊緣位置。因此，可從兩個(gè)邊緣的平均值獲得在相機(jī)的圖像中恰當(dāng)?shù)販y(cè)量的結(jié)構(gòu)。將依據(jù)利用激光干涉儀進(jìn)行的測(cè)量確定的圖像位置和位置數(shù)據(jù)相加。從圖8可見(jiàn)此相加的圖形表示。可從與虛線82的交叉點(diǎn)(表示最佳焦點(diǎn)的點(diǎn))獲得結(jié)構(gòu)的兩個(gè)邊緣的位置，且因此獲得結(jié)構(gòu)自身的位置。
圖9A繪示由于干涉儀誤差引起的與X坐標(biāo)方向上的位置測(cè)量的設(shè)定點(diǎn)值的偏差。橫坐標(biāo)90是X位置(以nm計(jì))。縱坐標(biāo)91是所測(cè)量的X位置(以μm計(jì))。通過(guò)在X坐標(biāo)方向上該測(cè)量窗口同時(shí)偏移的情況下進(jìn)行等距位置偏移來(lái)記錄數(shù)據(jù)。在約2.5μm的所測(cè)量的位置區(qū)域中，信號(hào)展示約1nm的漂移。這歸因于μm數(shù)量級(jí)的測(cè)量結(jié)構(gòu)(例如，鏡體)的非線性和通常的機(jī)器漂移(nm數(shù)量級(jí)，由于機(jī)器決不完全靜止)。圖9A所示的信號(hào)還展示可與特定頻率或波長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)的周期性。圖9B繪示圖9A所示的所測(cè)量的位置光譜的傅立葉變換。橫坐標(biāo)92展示源于256個(gè)點(diǎn)的傅立葉變換的波數(shù)目，且縱坐標(biāo)93以任何適當(dāng)單位被細(xì)分。在圖9B中可以看到清楚的峰值94，其對(duì)應(yīng)于約158nm的波長(zhǎng)。這個(gè)峰值94對(duì)應(yīng)于在干涉儀中使用的激光(在一個(gè)實(shí)施例中，光的波長(zhǎng)為633nm)的測(cè)量波長(zhǎng)的約四分之一。這種表現(xiàn)也可通過(guò)理論而預(yù)知。
圖10A繪示在Y坐標(biāo)方向上襯底上的結(jié)構(gòu)的位置測(cè)量。橫坐標(biāo)100再次是Y位置，當(dāng)前利用測(cè)量窗口在所述Y位置上執(zhí)行測(cè)量?？v坐標(biāo)102是結(jié)構(gòu)的所測(cè)量的Y位置(以μm計(jì))。同樣通過(guò)在Y坐標(biāo)方向上該測(cè)量窗口同時(shí)偏移的情況下進(jìn)行等距位置偏移來(lái)記錄數(shù)據(jù)。在約2.5μm的所測(cè)量的位置區(qū)域中，信號(hào)再次展示約1nm的漂移。圖10B繪示圖10A所示的所測(cè)量的位置數(shù)據(jù)的傅立葉變換。橫坐標(biāo)102以nm計(jì)，且縱坐標(biāo)103以任何適當(dāng)單位細(xì)分。圖10B中所示的傅立葉變換還展示對(duì)應(yīng)于測(cè)量波長(zhǎng)的約四分之一的峰值104，以及對(duì)應(yīng)于90nm的周期的峰值。由于與兩個(gè)模擬放大器一起操作的相機(jī)的非線性，所以出現(xiàn)90nm的峰值105，無(wú)法在整個(gè)放大范圍內(nèi)調(diào)整所述兩個(gè)模擬放大器。因此利用兩個(gè)放大器交替地且不同地讀出像素的線。此處使用的CCD傳感器的像素寬度是45nm。其在X坐標(biāo)方向上達(dá)到平均值，而在Y坐標(biāo)方向上，這個(gè)周期無(wú)法達(dá)到平均值。如圖9B和10B所示，在測(cè)量波長(zhǎng)的一半時(shí)出現(xiàn)誤差，并且在測(cè)量波長(zhǎng)的四分之一處出現(xiàn)誤差。由于出現(xiàn)的干涉儀誤差既不在時(shí)間上(以小時(shí)為周期)也不在空間上(mm數(shù)量級(jí))恒定，所以其無(wú)法僅被校正一次。這意味著其必須利用位置測(cè)量過(guò)程中“現(xiàn)場(chǎng)(in situ)”測(cè)量方法來(lái)進(jìn)行確定或補(bǔ)償。
為了更好地理解本發(fā)明，必須解釋所使用的測(cè)量方法。從實(shí)際測(cè)量距離與固定參考距離的比較中獲得測(cè)量值。測(cè)量光因此分裂成測(cè)量光束和參考光束。必須考慮到，由于折射率對(duì)壓力(溫度、空氣成分)的依賴性的緣故，不僅測(cè)量距離存在著變化，而且激光波長(zhǎng)自身也改變。在實(shí)際位置測(cè)量之前和在實(shí)際位置測(cè)量期間通過(guò)進(jìn)一步干涉測(cè)量來(lái)確定此變化。此標(biāo)準(zhǔn)具校正以數(shù)百nm的量變化，且由于測(cè)量結(jié)構(gòu)的緣故，其主要取決于氣壓波動(dòng)，因?yàn)榻柚跉夂蚴遥瑴囟群蜐穸然驓怏w成分可維持幾乎恒定。標(biāo)準(zhǔn)具校正影響了測(cè)量值的校正和對(duì)結(jié)構(gòu)自身上所到達(dá)的位置的確定。后者出現(xiàn)是因?yàn)?，?dāng)平臺(tái)到達(dá)測(cè)量位置時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)具校正促使待測(cè)量的結(jié)構(gòu)相對(duì)于該測(cè)量相機(jī)具有相同位置(至多達(dá)幾nm的偏差)。因此，由于CCD相機(jī)引起的90nm誤差具有相對(duì)較小的誤差比例。然而，取決于氣壓波動(dòng)的量值和取決于在干涉儀誤差的近似正弦曲線上的每個(gè)“位置”，則由于激光引起的干涉儀誤差被引入到測(cè)量結(jié)果中(一直達(dá)到其全振幅)。
圖11示意性地繪示氣壓波動(dòng)對(duì)所產(chǎn)生的干涉儀誤差的影響。橫坐標(biāo)110是位置(以nm計(jì))。縱坐標(biāo)111是干涉儀誤差(以nm計(jì))。正弦曲線表示在襯底的較小區(qū)域(300nm)中干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的誤差比例。實(shí)心箭頭標(biāo)記在可再現(xiàn)性測(cè)量(例如，在“相同”位置中各20次測(cè)量)期間通過(guò)的不同的氣壓范圍；箭頭越長(zhǎng)，壓力波動(dòng)越大。豎直的虛線箭頭標(biāo)記相關(guān)聯(lián)的誤差的量值。圖11繪示測(cè)量隨氣壓變化(參見(jiàn)圖11中的指示1-4)而出現(xiàn)的整個(gè)誤差預(yù)算(budget)的可能性。然而，當(dāng)樣本相對(duì)于距離測(cè)量系統(tǒng)處于不利位置時(shí)，即使在較小壓力波動(dòng)的情況下(參見(jiàn)指示3)也可能耗盡整個(gè)誤差預(yù)算。即使在相等的壓力波動(dòng)的情況下(參見(jiàn)指示2A或2B)，視測(cè)量值所處的正弦曲線的區(qū)域而定，誤差也可具有不同量值。除了誤差振幅自身是位置相依的情況，從某一量值開(kāi)始(參見(jiàn)指示4)誤差預(yù)算被耗盡。由于光學(xué)組件的不同反射率和材料特性的緣故，所以在較小的程度上情況是這樣。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，通過(guò)測(cè)量相對(duì)于彼此移位干涉儀誤差的周期的一部分或干涉儀誤差百分比的兩個(gè)位置且對(duì)所述兩個(gè)位置求平均值，且使所述測(cè)量呈直接時(shí)間序列來(lái)執(zhí)行對(duì)襯底上的結(jié)構(gòu)的位置的確定。此處，CCD相機(jī)的測(cè)量窗口與位置偏移一起偏移，使得兩個(gè)測(cè)量結(jié)果在理論上應(yīng)提供相同的位置。維持著對(duì)通過(guò)聚焦位置和同步成像的位置控制，經(jīng)由在X和Y方向上的電子反饋擋止控制來(lái)?yè)踔筙/Y平臺(tái)而進(jìn)行的先前已受到良好檢驗(yàn)的位置測(cè)量方法。在首次通過(guò)聚焦位置時(shí)，X/Y平臺(tái)和CCD相機(jī)的測(cè)量窗口對(duì)應(yīng)于干涉儀誤差的周期而偏移，且在第二次或反向通過(guò)聚焦位置(在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上橫穿)期間，第二次確定結(jié)構(gòu)的位置。
圖12繪示所謂的雙掃描操作(使測(cè)量物鏡在Z坐標(biāo)方向上且隨后在與Z坐標(biāo)方向相反的方向上橫穿)的示意性表示。橫坐標(biāo)120是位置λ(以nm計(jì))。縱坐標(biāo)121是干涉儀誤差(以nm計(jì))。襯底上的結(jié)構(gòu)的每個(gè)位置均被測(cè)量?jī)纱巍５诙y(cè)量地點(diǎn)偏移誤差曲線的周期的一半(此處為158/2nm＝79nm)。每個(gè)實(shí)線雙箭頭的兩個(gè)箭頭點(diǎn)標(biāo)記這兩個(gè)點(diǎn)。對(duì)兩個(gè)測(cè)量值求平均值補(bǔ)償了由于干涉儀引起的測(cè)量誤差。此處，關(guān)于執(zhí)行第一測(cè)量的誤差曲線上的點(diǎn)并不重要。第二測(cè)量以始終存在補(bǔ)償?shù)姆绞狡?。另一?yōu)點(diǎn)在于執(zhí)行兩次測(cè)量。位置測(cè)量的精確度相應(yīng)地增加，尤其是CD測(cè)量的精確度也增加。如果混合具有不同波長(zhǎng)的誤差部分(參見(jiàn)圖13)，那么僅存在部分補(bǔ)償。
圖13繪示在不進(jìn)行漂移校正的情況下測(cè)量到的數(shù)據(jù)，其中所述數(shù)據(jù)是通過(guò)以20nm的步幅偏移測(cè)量結(jié)構(gòu)而記錄的。橫坐標(biāo)130是位置(以nm計(jì))?？v坐標(biāo)131是位置誤差(以μm計(jì))。雙箭頭標(biāo)記偏移80和120nm的兩次測(cè)量。虛線豎直箭頭132標(biāo)記著補(bǔ)償?shù)挠绊憽?br> 通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法(所謂的雙掃描)獲得的測(cè)量結(jié)果提供于LMSIPRO3上。將所述結(jié)果與先前方法(一般模式)的測(cè)量結(jié)果相比較(參見(jiàn)圖14)。橫坐標(biāo)140是時(shí)間(以小時(shí)計(jì))。第一縱坐標(biāo)141是位置偏差(以nm計(jì))。第二縱坐標(biāo)142是氣壓的變化(以毫巴計(jì))。所有數(shù)據(jù)是對(duì)在測(cè)試掩膜上測(cè)量4μm的交叉的15×15柵格的估計(jì)。對(duì)于每10個(gè)隨后的測(cè)量結(jié)果，指示在10次通過(guò)的測(cè)量期間在15×15柵格中所述位置的最大3σ值、在15×15柵格中所述位置的平均3σ值和大氣壓力的波動(dòng)范圍。在“運(yùn)行中(onthe fly)”進(jìn)行所述估計(jì)，即，一次性估計(jì)10次隨后的循環(huán)。這意味著，首先估計(jì)前10個(gè)循環(huán)、接著估計(jì)循環(huán)1到11、接著估計(jì)循環(huán)2到12等等。因此，(例如)從20個(gè)循環(huán)中獲得11個(gè)測(cè)量值，如圖14所示。與雙掃描和一般模式同時(shí)測(cè)量所述數(shù)據(jù)(一次兩個(gè)位點(diǎn)，位點(diǎn)1＝雙掃描，且位點(diǎn)2＝一般模式)。因此，大氣壓力的波動(dòng)范圍僅存在一個(gè)曲線。執(zhí)行利用雙掃描進(jìn)行的測(cè)量，其中每次掃描50個(gè)圖像且兩次掃描之間X/Y平臺(tái)偏移80nm。用50個(gè)圖像執(zhí)行一般模式下的測(cè)量。在1.6毫巴處，氣壓波動(dòng)非常小。至少在Y方向上，仍可見(jiàn)對(duì)氣壓的相依性。使用雙掃描，氣壓相依性實(shí)質(zhì)上較小。
權(quán)利要求
1.一種用于以高精確度測(cè)量襯底上至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)的方法，所述襯底放置在平臺(tái)上，所述平臺(tái)可在干涉式光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中在X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)，且其中所述襯底上的所述結(jié)構(gòu)經(jīng)由測(cè)量物鏡而成像到至少一個(gè)檢測(cè)器上，所述測(cè)量物鏡的光軸在Z坐標(biāo)方向上對(duì)準(zhǔn)，所述方法的特征在于以下步驟以所述襯底上的結(jié)構(gòu)定位在所述檢測(cè)器的至少一個(gè)預(yù)定的測(cè)量窗口中的方式使所述可在所述X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)的平臺(tái)橫穿；執(zhí)行在所述Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，其中與在所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)同步，由所述檢測(cè)器記錄所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，且還與所述成像同步來(lái)確定所述平臺(tái)在所述X和Y坐標(biāo)方向上的位置；使所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿一距離至少一次，且也使所述測(cè)量窗口偏移此距離；執(zhí)行在與所述Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，其中與在所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)同步，由所述檢測(cè)器記錄所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，且還與所述成像同步來(lái)確定所述平臺(tái)在所述X和Y坐標(biāo)方向上的位置；以及在所述Z坐標(biāo)方向上和所述相反方向上的所述相對(duì)移動(dòng)期間，根據(jù)與所述結(jié)構(gòu)的所述記錄的圖像同步而記錄的Z位置，并根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像所確定的所述平臺(tái)的位置，來(lái)確定所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)實(shí)際位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中通過(guò)至少一個(gè)激光干涉儀來(lái)獲得成像期間所述平臺(tái)的位置，其中所述激光干涉儀的光具有波長(zhǎng)λLaser。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中在所述測(cè)量過(guò)程之前，獲得所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿的所述距離的適當(dāng)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿的所述距離對(duì)應(yīng)于所述激光干涉儀的所述波長(zhǎng)λLaser的四分之一的整數(shù)倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于其中所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿的所述距離對(duì)應(yīng)于所述激光干涉儀的所述波長(zhǎng)λLaser的四分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于其中所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿的距離由在所述X坐標(biāo)方向上的分量和在所述Y坐標(biāo)方向上的分量組成，其中所述兩個(gè)分量具有不同量值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中執(zhí)行在所述Z坐標(biāo)方向上和在所述相反方向上的所述相對(duì)移動(dòng)和所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像的同步成像至少兩次，其中所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿不同距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中在第一次通過(guò)所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)之后，動(dòng)態(tài)地修改所述Z坐標(biāo)方向上的范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述檢測(cè)器具有第一和第二預(yù)定的測(cè)量窗口，其中所述第二測(cè)量窗口相對(duì)于所述第一測(cè)量窗口旋轉(zhuǎn)90°。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述各測(cè)量窗口為四邊形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于所述各四邊形的尺寸不同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中所述測(cè)量物鏡在所述Z方向上的所述相對(duì)移動(dòng)的所述橫穿距離在所使用的每個(gè)測(cè)量物鏡的焦深范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于所述測(cè)量物鏡在所述Z方向上的所述相對(duì)移動(dòng)包括數(shù)十nm到數(shù)μm。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中執(zhí)行所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)一次，所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的所述平面中橫穿一距離，且其中與所述Z坐標(biāo)方向相反的方向上的所述相對(duì)移動(dòng)被執(zhí)行一次。
15.一種以高精確度測(cè)量襯底上至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)的方法在一設(shè)備中的用途，其特征在于所述襯底放置在平臺(tái)上，所述平臺(tái)可在干涉式光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中在X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)，且其中所述襯底上的所述結(jié)構(gòu)經(jīng)由測(cè)量物鏡成像到至少一個(gè)檢測(cè)器上，所述測(cè)量物鏡的光軸在Z坐標(biāo)方向上對(duì)準(zhǔn)，所述用途在于確定結(jié)構(gòu)的位置或結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)寬度或襯底的重疊數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的用途，其特征在于其中所述方法包括以下步驟以所述襯底上的結(jié)構(gòu)定位在所述檢測(cè)器的至少一個(gè)預(yù)定的測(cè)量窗口中的方式使所述可在所述X/Y坐標(biāo)方向上移動(dòng)的平臺(tái)橫穿；執(zhí)行所述Z坐標(biāo)方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，其中與所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)同步，由所述檢測(cè)器記錄所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，且還與所述成像同步來(lái)確定所述平臺(tái)在所述X和Y坐標(biāo)方向上的位置；使所述平臺(tái)在由所述X和Y坐標(biāo)方向界定的平面中橫穿一距離至少一次，且也使所述測(cè)量窗口偏移此距離；執(zhí)行與所述Z坐標(biāo)方向相反的方向上的相對(duì)移動(dòng)至少一次，其中與所述Z坐標(biāo)方向上的所述相對(duì)移動(dòng)同步，由所述檢測(cè)器記錄所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)圖像，且還與所述成像同步來(lái)確定所述平臺(tái)在所述X和Y坐標(biāo)方向上的位置；以及在所述Z坐標(biāo)方向上和所述相反方向上的所述相對(duì)移動(dòng)期間，根據(jù)與所述結(jié)構(gòu)的所述記錄的圖像同步而記錄的Z位置，并根據(jù)針對(duì)每個(gè)圖像來(lái)確定的所述平臺(tái)的位置，以確定所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)實(shí)際位置。
全文摘要
一種用于以高精確度測(cè)量襯底上的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)的坐標(biāo)的方法。提供可在X/Y坐標(biāo)方向上橫穿的平臺(tái)，所述平臺(tái)放置在干涉式光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)中。所述襯底上的結(jié)構(gòu)經(jīng)由測(cè)量物鏡(21)成像于至少一個(gè)檢測(cè)器(34)上，所述測(cè)量物鏡(21)的光軸(20)在Z坐標(biāo)方向上對(duì)準(zhǔn)。利用所謂的雙掃描使所述結(jié)構(gòu)成像。因此可消除系統(tǒng)誤差。
文檔編號(hào)G01B11/30GK101074866SQ20071010179
公開(kāi)日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月16日
發(fā)明者伯塞爾·漢斯·阿圖爾, 沙夫·安地列斯 申請(qǐng)人:比斯泰克半導(dǎo)體系統(tǒng)股份有限公司