CN101290479A - 角度分解散射仪和检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角度分解散射仪和一种检验方法，其中在角度分解散射仪中，设置孔板，所述孔板包括至少一个遮挡部分，所述遮挡部分延伸入光瞳平面的像中。根据在所述遮挡部分的像的最内点和光瞳的像的名义中心之间的径向距离确定目标图案的离焦量的值。通过在多个不同离焦位置上采用参考板捕捉多个用于进行归一化的像并从目标图案的测量光谱中减去合适的用于进行归一化值，而对离焦误差进行补偿。

Description

角度分解散射仪和检验方法

技术领域

本发明涉及一种可用于例如在通过光刻技术的器件制造中的检验方法，并涉及一种采用光刻技术制造器件的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。

为了监测光刻工艺，需要测量被图案化的衬底的参数，例如，在衬底中或衬底上形成的连续层之间的重叠误差。存在用于对光刻工艺中形成的微观结构进行测量的多种技术，所述技术包括使用扫描电子显微镜和各种专业工具。一种形式的专业检验工具是散射仪，在散射仪中，辐射束被引导到衬底表面上的目标上，且散射束或反射束的属性被测量。通过对于所述束在被衬底反射或散射之前和之后的所述属性进行比较，可以确定所述衬底的属性。这可以例如通过将反射束与存储在与已知的衬底属性相关联的已知的测量库中的数据进行比较来完成。两种主要类型的散射仪是公知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并测量被散射入特定的窄的角度范围中的辐射光谱(强度作为波长的函数)。角度分解散射仪采用单色辐射束，并将被散射的辐射的强度作为角度的函数进行测量。

在角度分解散射仪中，被测量的目标或用于校准或规范化的基准处于正焦位置。为了这个目的，可以设置光学(例如傅科刀口)或电容聚焦传感器。然而，当采用这种传感器时，例如由于与在被测量的衬底上的结构相关的工艺作用或由于建立时间，可能保留小的聚焦误差(离焦量)。在这种类型的散射仪中，这种小的残余离焦量在理论上应当不会导致测量误差。然而，本发明人已经确定残余离焦量能够造成测量误差。

发明内容

旨在提供一种角度分解散射仪和散射仪测量方法，所述方法不显示或者以较小的程度显示由于残余离焦量造成的测量误差。

根据本发明的实施例，提供一种检验方法，所述检验方法用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：采用包括高数值孔径(NA)的物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到所述目标图案上，收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；在与所述物镜的光瞳平面不相重合的位置上、在第二辐射束的路径中设置孔部件，所述孔部件限定至少一个遮挡部分，所述遮挡部分延伸入所述第二辐射束中预定的距离，以便在光瞳平面的像中形成暗区域；确定在所述或每个暗区域的沿径向最内点与光瞳平面的像的名义中心之间的径向距离；以及根据所确定的径向距离确定在所述目标和物平面之间的轴向距离。

根据本发明的实施例，提供一种检验方法，所述检验方法用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：采用包括高数值孔径的物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到所述参考部件上，收集由所述参考部件反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；沿着大致垂直于所述物平面的方向相对地移动参考部件和光学系统，以便将所述参考部件定位在与物平面具有不同距离的多个位置上；当参考部件位于所述多个位置中的每一个上时，捕捉所述参考部件的散射仪光谱；将所述参考部件的散射仪光谱存储为多个用于进行归一化的光谱；采用光学系统将第一辐射束引导到目标图案上，收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；捕捉所述目标图案的散射仪光谱；确定目标图案和物平面之间的距离；基于在所述目标图案和物平面之间的预定距离获得用于进行归一化光谱；采用所获得的用于进行归一化光谱对所述目标图案的光谱进行归一化，以获得归一化光谱；以及根据所述归一化光谱确定与所述参数相关的值。

根据本发明的实施例，提供一种检验方法，所述检验方法采用散射仪确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：采用散射仪中的参考部件替代衬底获得多个用于进行归一化的光谱，所述用于进行归一化的光谱在所述参考部件处于多个不同的离焦量值的情况下获得；采用散射仪获得对于目标图案的测量光谱；在已经获得测量光谱时确定离焦量的值；采用与所确定的离焦量的值相对应的用于进行归一化的光谱对于所述测量光谱进行归一化，以获得归一化光谱；根据所述归一化光谱确定与参数相关的值。

根据本发明的实施例，提供一种检验方法，所述检验方法采用散射仪确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述散射仪包括具有高数值孔径(NA)物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到所述目标图案上，收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像，所述方法包括：采用散射仪中的参考部件替代衬底获得多个用于进行归一化的光谱，所述用于进行归一化的光谱在所述参考部件处于多个不同的离焦量的值的情况下获得；在与所述物镜的光瞳平面不相重合的位置上、在第二辐射束的路径中设置孔部件，所述孔部件限定至少一个遮挡部分，所述遮挡部分延伸入所述第二辐射束中预定的距离，以便在光瞳平面的像中形成暗区域；采用散射仪获得对于目标图案的测量光谱；确定在所述或每个暗区域的沿径向最内点同光瞳平面的像的名义中心之间的径向距离；以及根据所确定的径向距离确定离焦量的值，即在所述目标和物平面之间的轴向距离；采用与所确定的离焦量的值相对应的用于进行归一化的光谱对于所述测量光谱进行归一化，以获得归一化光谱；根据所述归一化光谱确定与参数相关的值。

附图说明

在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中：

图1示出根据本发明的实施例的光刻设备；

图2示出根据本发明的实施例的光刻单元或簇；

图3示出根据本发明的实施例的散射仪；

图4示出孔板；

图5示出在图3的散射仪的检测器中的图4的孔板的像；以及

图6是示出在根据本发明的实施例的方法中的步骤的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出光刻设备。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外辐射或深紫外辐射)；支撑结构或图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位器PW相连；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，所述投影系统PL配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

支撑结构支撑图案形成装置，即承担所述图案形成装置的重量。它以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广泛地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底目标部分上所需的图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相符，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

应该将这里使用的术语“投影系统”广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如针对所使用的曝光辐射所希望的、或针对诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所希望的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在将一个或更多个其他台用于曝光的同时，在一个或更多个台上执行预备步骤。

所述的光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以便填充投影系统和衬底之间的空隙。浸没液也可以被应用到光刻设备中的其他空隙中(例如在所述图案形成装置(例如掩模)和投影系统之间)。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域是公知的。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部的径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述PL将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和定位传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位器PM和另一个定位传感器(图1中未明确示出)用于将图案形成装置(例如掩模)MA相对于所述辐射束B的路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述支撑结构(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如掩模)MA上的情况下，所述掩模对齐标记可以位于所述管芯之间。

可以将所述设备用于以下模式的至少一种：

1.在步进模式中，在将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将支撑结构或图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和所述衬底台WT保持为基本静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对支撑结构或图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称作簇)的一部分，所述光刻单元也包括用于在衬底上实现曝光前和曝光后的工艺的设备。通常，这些包括用于淀积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于对曝光过的抗蚀剂进行显影的显影器DE、激冷板CH以及烘烤板BK。衬底输送装置或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，将其在不同的工艺设备之间移动，并将其传递给光刻设备的进料台LB。通常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产量和处理效率最大化。

为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检验经过曝光的衬底以测量属性，例如在连续层之间的重叠误差、线宽、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对连续的衬底的曝光进行调整(尤其是如果检验能够即刻完成并足够迅速到使同一批次的其它衬底仍处于待曝光状态时)。已经曝光过的衬底也可以被剥离并重新加工(为提高产率)，或被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在仅仅衬底的一些目标部分存在缺陷的情况下，还可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。

检验设备被用于确定衬底的属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的属性如何从层到层变化。检验设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能最迅速地测量，需要检验设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层上的属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度(在抗蚀剂的经过辐射曝光的部分和抗蚀剂的没有经过辐射曝光的部分之间仅有很小的折射率差)，且并非所有的检验设备都对于对潜影进行有效测量具有足够的灵敏度。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)中进行，所述曝光后的烘烤步骤(PEB)通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加了抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像被称为半潜在的。也能够在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点上，或者在诸如蚀刻等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底的重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息。

根据本发明的实施例的另一个散射仪SM2如图3所示。在该装置中，由辐射源单元2发出的辐射采用透镜系统12通过偏振器17被准直，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(优选至少0.9或更优选至少0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的透镜。然后，所反射的辐射透射通过部分反射表面16到达检测器18，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜系统15的焦距上的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在所述检测器上再次成像。所述光瞳平面是在其上辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。所述检测器优选为二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射谱。检测器18可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。

参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到分束器16上时，辐射束的一部分作为参考束通过所述分束器朝向参考镜14透射。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上。

检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射的光的强度，所述强度在多个波长上是独立的，或者所述强度集中在一个波长范围上。进而，检测器可以分立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。

衬底W上的目标可以是光栅，所述光栅被印刷，以使得在显影之后，条纹由实抗蚀剂线形成。替代地，所述条纹可以被蚀刻入衬底中。该图案对于光刻投影设备，尤其是投影系统PL中的像差敏感，而照射对称度和这种像差的存在将表现为在所印刷的光栅中的图案的变化。相应地，所印刷的光栅的散射仪数据被用于重建光栅。光栅的参数(例如线宽和线形)，可以被输入到重建过程中，所述重建过程由处理元件PU根据印刷步骤和/或其他散射仪步骤的已知知识进行。其他形式的目标可以被用于测量在衬底上的结构的其他参数或被用于生产所述结构的工艺的参数。

本发明者已经确定，在角度分解散射仪中，由于残余的离焦量导致的测量误差可能由散射仪的测量支路(即从目标到检测器的光路)中的光学元件中的灰尘和/或缺陷造成。尤其，在被记录的光谱中由于灰尘和缺陷导致的误差朝向光瞳平面的外边缘增加，用于测量的信息大多经常将在所述光瞳平面的外边缘处被发现。为了解决该问题，本实施例采用新的聚焦误差检测配置，并采用下文依次所述的新的误差补偿方法。尽管所述聚焦误差检测配置和聚焦误差补偿方法可以被独立地用于获得优势，不过当它们一起使用时，会获得十分有益的效果。

对于在本发明的实施例中的聚焦误差检测，特定的孔部件19被置于测量支路中、在光学上远离光瞳平面的位置上(例如在将光瞳平面重新成像在传感器上的光学元件之后)。孔部件12位于辐射束的路径中、与透镜系统的光瞳平面不重合的位置上。所述孔部件如图4所示，并具有直径大于名义光瞳直径的中心透明区域20。至少一个遮挡部分21向内伸出，以使得它们在由检测器18记录的光瞳图像中是可见的。在优选的实施例中，所述遮挡部分基本是不透明的，但是它们也可以是部分透明的，只要它们的不透明度足以在检测器上形成可辨识的阴影即可。在图中，四个三角形的遮挡部分在大约+/-45°和大约+/-135°的方位角的位置上示出，但是所述遮挡部分不需要是三角形的，且不需要一定位于这些位置上。除去它们在光瞳像中可见以及所述像的位置以可检出的方式随着离焦量变化之外，对于所述遮挡部分的形状和位置的要求仅仅是它们不要遮挡部分在光瞳像中的太多的有用信息。遮挡部分的特别优选的形式是一组平行于光瞳的边缘或与光瞳的边缘相切的线或弧，以使得光栅在检测器上形成。在所述光栅中的径向移动可以通过将阴影的像与参考像相比以形成相位光栅而被十分精确地测量。多个方位隔开的遮挡部分允许根据通过差分测量进行的离焦量的测量消除倾斜效应。另外的遮挡部分对于进行平均化以减小误差是有用的。所述孔部件可以设置有致动器(未示出)，所述致动器能够使得所述孔部件被从辐射束路径中选择性地去除。

图5示出在检测器18上的孔19的像。遮挡部分21的像是模糊的，且它们的端部(沿径向最内点)的径向位置r或者在每个像上的另一个可辨识点依赖于所测量的衬底或基准的离焦量。距离r可以通过由处理单元PU执行的图像识别算法确定。例如，通过合适的校准，可以获得r和离焦量之间的关系。已经确定离焦量的值之后，例如可以通过调整所测量的衬底或基准的位置进行合适的修正。用于确定离焦量的上述方法具有精确并可以快速进行的益处，以使得没有生产量的损失。进而，离焦量的测量可以从捕捉到的光瞳平面的像中离线获得，以进行目标的测量，以使得离焦量的值恰好与参数测量同时出现，避免所有数据丧失时效的问题。

补偿离焦误差的一种新方法将在此参照图6进行描述。第一步骤S 1是捕捉一组具有预期在使用中出现的不同离焦量的值(正负都有)的绝对基准的图像。这可以通过根据需要上下移动基准来实现。例如，在衬底交换过程中或在批次之间可以在没有生产量损失的情况下捕捉必需数量的图像。依赖于光学系统的稳定性，可能不必需频繁地捕捉一组图像。如果，多个波长和/或偏振状态被用于捕捉测量光谱，则为了达到最大精度，对于每个波长和/或偏振状态获得用于进行归一化的光谱。被捕捉到的图像和相关的离焦量的值作为供后续使用的一组用于进行归一化的光谱而被存储在数据库中。针对在捕捉图像所采用的波长和/或偏振状态之间的离焦量的值的图像可以在事先或在使用时被进行插值。所述用于进行归一化的光谱测量在光学系统的测量支路中的灰尘和/或缺陷的效应。

在步骤S2中，以常规方式测量目标以获得测量图像或光谱，所述目标的参数将被确定。在处理测量光谱以获得感兴趣的参数之前，在测量时的离焦量的值被确定S3(例如通过采用上述孔19来实现)。接着，在步骤S4中，从数据库中获得合适的用于进行归一化的光谱，或者从所存储的光谱中插值。在步骤S5中，测量光谱被所选择的或计算的用于进行归一化的光谱除，以获得归一化的光谱。在步骤S6中，归一化的光谱被处理以确定感兴趣的参数。这可以以本领域中的技术人员所知的任何合适的方式进行，例如通过严格耦合波分析(RCWA)、预测量的或仿真的光谱的库搜索、迭代方法或主分量分析等方式。然后，确定是否存在更多的目标要测量，在这过程中方案步骤S2至S6以根据需要的频繁程度而被重复。通常，步骤S1(在多个离焦量的值下的基准的测量)对于每个衬底或每批次仅仅重复不超过一次，且在许多情况下，每天一次或更低的频率就足够了。然而，如果出于任何原因离焦误差在很短的时间尺度上改变，则步骤S1可能对每个测量目标都被重复。

当用于补偿离焦量的上述方法与用于确定离焦量的上述方法结合使用时的特别的益处在于步骤S3可以从出于测量目的所捕捉到的图像进行，并因此步骤S3至S6都可以离线进行和/或与从其他目标获取光谱并行进行，因此不存在生产量的损失。残余离焦量可以通过上述方法被补偿的事实意味着没有附加的步骤(例如相对于物镜调整衬底的位置)需要在图像捕捉时进行。

尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代的应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要上下文允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。

尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (19)

1.一种角度分解散射仪设备，所述设备被配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷到衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：

光学系统，包括具有物平面和光瞳平面的高数值孔径物镜，所述光学系统设置用于将第一辐射束引导到目标图案上，收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并对第二辐射束进行投影，以在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；

检测器，位于像平面中，并设置用于将入射到其上的辐射转换成散射仪光谱；以及

孔部件，位于第二辐射束的路径中且在与所述物镜的光瞳平面不相重合的位置上，所述孔部件限定至少一个遮挡部分，所述至少一个遮挡部分延伸入所述第二辐射束中预定的距离，以便在光瞳平面的像中形成暗区域。

2.根据权利要求1所述的角度分解散射仪设备，其中所述孔部件限定多个遮挡部分。

3.根据权利要求2所述的角度分解散射仪设备，其中所述孔部件限定四个遮挡部分。

4.根据权利要求2所述的角度分解散射仪设备，其中所述遮挡部分中的每一个延伸入第二辐射束中相同的距离。

5.根据权利要求2所述的角度分解散射仪设备，其中所述多个遮挡部分在方位上均匀地间隔。

6.根据权利要求1所述的角度分解散射仪设备，还包括处理单元，所述处理单元设置用于计算在所述暗区域或每个暗区域的沿径向最内点与光瞳平面的像的名义中心之间的距离。

7.根据权利要求6所述的角度分解散射仪设备，其中所述处理单元还被设置用于根据所计算的距离计算所述目标图案和物平面之间的距离。

8.根据权利要求1所述的角度分解散射仪设备，其中所述遮挡部分包括一组平行的弧或线，所述弧或线与光瞳平面的边缘平行，或者在其上的最近点与光瞳平面的边缘相切。

9.根据权利要求1所述的角度分解散射仪设备，其中，所述高数值孔径物镜具有至少0.9的数值孔径。

10.一种检验方法，所述检验方法用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：

采用包括高数值孔径的物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到所述目标图案上，以收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；

在第二辐射束的路径中且在与所述物镜的光瞳平面不相重合的位置上设置孔部件，所述孔部件限定至少一个遮挡部分，所述至少一个遮挡部分延伸入所述第二辐射束中预定的距离，以便在光瞳平面的像中形成暗区域；

确定在所述或每个暗区域的沿径向最内点与光瞳平面的像的名义中心之间的径向距离；以及

根据所确定的径向距离确定在所述目标和物平面之间的轴向距离。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在确定径向距离和确定轴向距离的同时，采用光学系统将第一辐射束引导到第二目标图案上，以收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像。

12.一种检验方法，所述检验方法用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：

采用包括高数值孔径的物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到参考部件上，以收集由所述参考部件反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；

沿着大致垂直于所述物平面的方向相对地移动参考部件和光学系统，以便将所述参考部件定位在与物平面具有不同距离的多个位置上；

当参考部件位于所述多个位置中的每一个上时，捕捉所述参考部件的散射仪光谱；

将所述参考部件的散射仪光谱存储为多个用于归一化的光谱；

采用光学系统将第一辐射束引导到目标图案上，以收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像；

捕捉所述目标图案的散射仪光谱；

确定目标图案和物平面之间的距离；

基于所确定的在所述目标图案和物平面之间的距离获得用于进行归一化的光谱；

采用所获得的用于进行归一化的光谱对所述目标图案的光谱进行归一化，以获得归一化光谱；以及

根据所述归一化光谱确定与所述参数相关的值。

13.根据权利要求12所述的方法，其中获得用于进行归一化的光谱包括选择所存储的用于进行归一化的光谱中的一个。

14.根据权利要求12所述的方法，其中获得用于进行归一化的光谱包括在所存储的多个用于进行归一化的光谱之间进行插值。

15.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个位置包括所述参考部件处于光学系统和物平面之间的至少一个位置以及所述参考部件处于物平面的不与光学系统同侧的另一侧处的至少一个位置。

16.一种检验方法，所述检验方法采用散射仪确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述方法包括：

采用散射仪中的参考部件替代衬底获得多个用于进行归一化的光谱，所述用于进行归一化的光谱在所述参考部件处于多个不同的离焦量值的情况下获得；

采用散射仪获得对于目标图案的测量光谱；

在获得测量光谱时确定离焦量的值；

采用与所确定的离焦量的值相对应的用于进行归一化的光谱对于所述测量光谱进行归一化，以获得归一化光谱；

根据所述归一化光谱确定与参数相关的值。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括在对获得多个用于进行归一化的光谱的步骤进行重复之前，对获得测量光谱、确定离焦量的值、归一化测量光谱和确定与多个目标图案的参数相关的值的步骤进行重复。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，在确定离焦量的值、归一化测量光谱和确定与对于之前的目标图案的参数相关的值的同时，进行被重复的获得测量光谱的步骤。

19.一种检验方法，所述检验方法采用散射仪确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺而被印刷在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述散射仪包括具有高数值孔径的物镜的光学系统，所述物镜具有物平面和光瞳平面以将第一辐射束引导到所述目标图案上，以收集由所述目标图案反射或散射的辐射，并将第二辐射束进行投影，从而在像平面中形成物镜的光瞳平面的像，所述方法包括：

采用散射仪中的参考部件替代衬底以获得多个用于进行归一化的光谱，所述用于进行归一化的光谱在所述参考部件处于多个不同的离焦量值的情况下获得；

在第二辐射束的路径中且与所述物镜的光瞳平面不相重合的位置上设置孔部件，所述孔部件限定至少一个遮挡部分，所述至少一个遮挡部分延伸入所述第二辐射束中预定的距离，以便在光瞳平面的像中形成暗区域；

采用散射仪获得对于目标图案的测量光谱；

确定在所述或每个暗区域的沿径向最内点与光瞳平面的像的名义中心之间的径向距离；

根据所确定的径向距离确定离焦量的值，即在所述目标和物平面之间的轴向距离；

采用与所确定的离焦量的值相对应的用于进行归一化的光谱对于所述测量光谱进行归一化，以获得归一化光谱；以及

根据所述归一化光谱确定与参数相关的值。

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