CN101261452A - 检验方法和设备、光刻处理单元和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检验方法和设备、光刻处理单元和器件制造方法。所述检验方法为目标建立模型轮廓。该方法的实施例包括输入已知对象的图像并且既可以手工也可以自动的在该图像上添加估计的轮廓。该估计的轮廓被以数学方式定义，并且被逐段地调整以便与该图像匹配，以使得将该调整后的估计的轮廓可以被存储到与该图像相关的衍射光谱的旁边。替代地或附加地，使用者可以描绘(或自由绘制)已知图像的轮廓并且随后将数学函数的形状定义器(例如多项式方程、样条或向量)绘制在估计的轮廓上，以便获得轮廓以及该轮廓的一个或多个变量，所述变量可以被用于根据其衍射图案重构未知对象的轮廓。

Description

检验方法和设备、光刻处理单元和器件制造方法

技术领域

本发明涉及一种检验方法以及一种使用光刻技术制造器件的方法，所述检验方法例如可用在利用光刻技术的器件制造中。本发明尤其涉及使用光刻技术加工的器件的检验以及根据其衍射图案对器件上的对象的重构。

背景技术

光刻设备是将所需图案应用于衬底上(通常是衬底的目标部分上)的一种机器。光刻设备例如可以用于集成电路(IC)的制造。在这种情况下，图案形成装置(或者可替代地称为掩模或者掩模版)可以用来产生在IC的单层上形成的电路图案。该图案能被转移到衬底(例如，硅晶片)的目标部分(例如，包含一部分、一个或多个管芯)上。通常这种图案的转移是通过在涂覆于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上成像来进行。一般来说，单一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的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上而辐射每一目标部分；以及所谓的扫描器，在所述的扫描器中，通过以辐射束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描该图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描衬底来辐射每一目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上的方式把图案从图案形成装置转移到衬底上。

为了监控光刻工艺，通常测量图案化的衬底的一个或多个参数，例如形成在该衬底中或衬底上的连续层之间的重叠误差。测量在光刻过程中形成的微观结构有各种各样的技术，包括使用扫描电子显微镜以及各种各样的专门工具。一种形式的专门检验工具是散射仪，在所述散射仪中，辐射束被引导到衬底表面的目标部分上并且对该经过散射或反射的辐射束的一个或多个参数进行测量。通过对比在所述辐射束被衬底反射或散射前后的所述辐射束的一个或多个参数，可以确定该衬底的一个或多个参数。例如，这可以通过将经过反射的辐射束与存储在与公知的衬底属性相关联的已知测量的库中的数据进行对比来实现。已知有两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并且测量被散射到非常小角度范围中的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角度分解散射仪使用单频辐射束并且将经过散射的辐射的强度作为角度的函数进行测量。偏振光椭圆率测量仪测量偏振状态。

为了使照射到衬底上的辐射被衍射，特定形状的对象被印在衬底上，该特定形状的对象通常被称为散射仪目标。该目标可以是衍射光栅或者由条纹阵列或具有横截面的其它周期结构组成的类似物，该横截面即被称为轮廓。其实，典型的轮廓是一组类似结构(例如抗蚀剂线)的重复。一个这种重复结构(或单元)的平均轮廓称为“轮廓”。因此该对象的实际轮廓是大量单元的串连，所述大量单元的串连可以包含局部的变化。

该轮廓一般从衬底的表面测量，并且可以包含一个或多个沉积对象的产物层。理想的结果是，印在衬底上的对象具有预定形状并且每次被印刷时都能被完好地印刷。然而，实际上，该对象的印刷形状和尺寸可能偏离理想的形状，主要是因为在所涉及的对象的小尺寸下很难制作精确形状。这就需要系统来确定该对象形状的精确程度。

如上所述，能够利用横截面电子扫描显微镜或类似工具确定散射仪对象的实际形状。然而，这需要大量的时间、精力和专用设备，且不太适合于在生产环境中进行测量，这是因为例如在光刻单元中需要使用与常规设备相符的独立的专用设备。

用于确定散射仪对象的轮廓的另一方法是衍射来自该对象的辐射束并且对比该衍射图案和模型衍射图案，该模型衍射图案存储在模型轮廓旁边的衍射图案库中，该模型轮廓产生这些模型图案。

除去使用模型衍射图案库之外，还有不采用库或与库结合使用的方法。其中的一种方法是迭代的方法，在所述迭代的方法中，给定参数初始值并计算这些初始值的衍射图案，且与所测量的衍射图案进行比较。然后，反复改变参数值来改善迭代模型图案与测量衍射图案的匹配。

例如，公开号为US2003/0028358A1(Niu等人)的美国专利申请，描述了一种系统，在该系统中，将来自散射仪对象的实际信号与存储的信号的库进行比较，并且该系统试图找出最匹配的信号。每个所存储的信号与对象轮廓参数相联系。例如，对象轮廓参数可以是临界尺寸(CD)、对象的宽度(可能会随高度变化)、对象的高度或者对象侧表面(或“侧壁”)的角度(该角度既可以从衬底的表面测量，也可以从衬底表面的法线测量)。接下来，该文献描述获得散射仪对象模型的测量信号和计算信号之间的最佳匹配的方法，在该散射对象模型中，模型的形状取决于模型中轮廓参数的值。也就是说，测试各种可能的参数值组，找出一组参数值使信号尽可能的接近来自散射仪对象的实际信号。这里给出了一系列的“模型信号”的迭代。这种方法被反复迭代直到该模型信号尽可能接近实际信号，然后将该模型信号存储在所使用的参数旁边。

在所给示例中，提供一组简单的三个参数(CD、高度和宽度)，如果CD的范围为100到120nm并且分辨率为1nm，那么CD有21个可能的参数值。如果高度和宽度也分别有21个可能的值，那么总共就有21×21×21＝9261个可能的参数值组合。计算机核对是否这9261个组合已经被仿真并且被存储在数据库中。计算机通过仿真所有可能的组合来建立数据库。明显地，该系统存在的问题在于，参数的数量越多，计算机必须进行的迭代次数就越多并且所需要的处理功率和时间也越多。

公开号为US2004/0210402A1的美国专利申请(Opsal等人)描述了一种系统，该系统目的是减少从散射仪信号构建对象轮廓所需要的参数的数量。该系统所采用的方法是借助提供用来构建轮廓形状的轮廓形状的外部周围的“控制点”。例如，正方形轮廓对象具有一个控制点来表征它从衬底表面开始的高度并且具有两个点来表征它的宽度。然后，这些点以“点到点”的方式结合从而给出线轮廓。形状越复杂，建立一个精确的线轮廓所需要的控制点数就越多。该系统对于交叠形状(例如，看起来像多个比较简单的形状的复杂形状或者有覆层的轮廓)或者单个轮廓的多重形状，可能得不到好的结果，这是因为由点连接起来的线很容易连接到错误的点上。

US2004/0210402中的系统存在的另一个问题是，每一个控制点有至少一个(否则两或三个)自由度。自由度的个数越多，为它们中的每一个找到正确值所需要的计算能力就越大。

上述系统仅仅找到单个的轮廓。需要进一步计算以找到“轮廓空间”，那就是，以多个轮廓参数以及这些参数可能的范围所描述的普通轮廓的组合。这个组合根据需要建立具体的轮廓空间。

例如，使用者可以选择通过具有宽度、高度和侧壁角的参数的梯形描述轮廓。然后定义这三个参数的范围。以类似的方式建立更复杂的轮廓，例如，以更复杂的形状或结合在一起的一系列梯形。

以这种方式使用形状构建轮廓的问题在于，使用者必须定义轮廓空间，该轮廓空间足够大并且有足够多的自由度来准确地描述衬底上实际对象轮廓的变化。当然，使用者可以为每一个应用程序形成不同的轮廓空间(即使对象的形状在理论上应当是相同的)，但是这需要花费很多时间。进一步，自由度越大，则找到实现在测量得到的衍射图案与从模型得到的衍射图案之间的最佳匹配的最优参数值组就越困难。

上面所描述的迭代方法可以和库方法联合使用或者替代库方法使用。然而，上面列出来的必须定义轮廓空间的问题在两种方法中都是存在的。太大的轮廓空间意味着一个大的库，并因此增加在库中搜索的时间。太大的轮廓空间也意味着必须进行大量迭代来找到接近的匹配，这就增加了所需要的计算能力和所耗费的时间。

发明内容

例如，旨在提供一种系统，所述系统帮助使用者建立名义轮廓及其变化，所述变化通过有效使用可利用的所有信息构建“轮廓空间”。尤其旨在帮助使用者利用可用的“在前的”信息，所述信息包含在各种曝光设定(焦点、曝光剂量或者至少一个其它曝光参数)下被曝光的对象轮廓的横截面、通过光刻过程的数值仿真获得的轮廓的横截面、和/或由散射仪使用大且柔性化的轮廓空间所获得的轮廓的横截面。

例如，旨在提供一种系统，该系统精确地重建衬底上的对象的轮廓，采用在测量期间尽可能少地耗费使用者的精力和计算能力的方式，检测来自衬底的衍射辐射。

例如，在目标形状重构时，需要模型轮廓有很少的自由度或很少的未知参数，以便有效而快速的确定衬底上的复杂目标的轮廓。

例如，旨在减少用来描述所述名义轮廓及其变化的参数的数量。

例如，减小这些轮廓参数的可能的取值范围，因此，例如旨在具有可能的精确的轮廓空间，所述轮廓空间或者匹配实际对象轮廓，或者可用于以尽可能少的可变参数精确的重建该对象轮廓。因此，例如旨在形成有用的轮廓模型或轮廓空间。

根据本发明的一个方面，提供一种定义轮廓的方法，使得该轮廓的定义可以被用来根据来自对象的衍射辐射重构对象的轮廓，该方法包括：

利用来自已知对象的信息定义轮廓；

利用数学函数描述该轮廓的表面；

在所述数学函数中选择可变参数并且迭代地改变所述可变参数，直到该轮廓的计算衍射图案与已知对象的衍射图案相匹配；以及

存储该轮廓以及该可变参数。

通过“匹配”，应当理解，该方法的目的是在可接受的公差、时间以及计算能力的范围内，获得尽可能与已知对象接近的轮廓。对于“轮廓”，应当理解，如果该对象是2维的，则所述“表面”是它的外形；如果该对象是3维的，则所述表面是它的表面区域；并且该轮廓也可以是对象的横截面，或可以是如上定义的轮廓空间(即名义空间加上其变量)。

根据本发明的另一方面，提供一种定义轮廓的方法，使得该轮廓的定义可以被用于根据来自对象衍射的辐射重构对象的轮廓，该方法包括：

观察已知对象的图像；

将估计的轮廓添加到该已知对象上；

在该估计的轮廓中定义可变参数；

迭代地改变该可变参数直到该估计的轮廓与已知的对象相匹配为止；以及

存储该轮廓以及该可变参数。

根据本发明的另外一方面，提供一种用于定义轮廓的检验设备，以使得该轮廓的定义可以被用于根据来自对象的衍射的辐射重构对象的轮廓，该设备包括：

输入装置，配置用来输入已知对象的轮廓；

用户界面，配置用于采用数学函数描述该轮廓的表面，并配置用于调整该数学函数中的可变参数直到该轮廓与所述已知对象相匹配为止；以及

存储器，配置用于存储该轮廓以及该可变参数。

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1a示出光刻设备；

图1b示出光刻单元或簇；

图2示出散射仪的第一个实施例；

图3示出散射仪的第二个实施例；

图4示出对象轮廓的重构；

图5示出根据本发明的实施例的模型轮廓；

图6示出已知轮廓与模型轮廓的叠加；以及

图7示出了根据本发明的实施例的多重轮廓图像的应用。

具体实施方式

图1a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，紫外辐射或极紫外辐射)；

支撑结构(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对应(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对应，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”广泛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，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。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/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台和/或支撑结构，或可以在将一个或更多个其他台和/或支撑结构用于曝光的同时，在一个或更多个台和/或支撑结构上执行预备步骤。

所述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1a，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MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统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和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性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的辐射路径中。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和另一个位置传感器(图1a中未明确示出)用于将图案形成装置MA相对于所述辐射束B的辐射路径精确地定位。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)的帮助来实现支撑结构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MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐图案形成装置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MA上的情况下，所述图案形成装置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，在将赋予到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1b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进行曝光前和曝光后工艺的设备。通常，这些包括用于淀积抗蚀剂层的至少一个旋涂器SC、用于对曝光过的抗蚀剂进行显影的至少一个显影器DE、至少一个激冷板CH以及至少一个烘烤板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。经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至少一种属性，例如两个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，可以对至少一个连续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他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被重新加工(以提高产率)，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，可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。另一种可能性是使随后的工艺步骤的设定适合于补偿所述误差，例如调节蚀刻步骤的时间可以被调整以补偿由光刻工艺步骤造成的衬底到衬底的CD变化。

检验设备被用于确定衬底的至少一种属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的至少一种属性如何从层到层和/或跨过衬底变化。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。为了能进行最迅速地测量，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至少一种属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度(在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂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潜影的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)之后进行，所述曝光后的烘烤步骤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，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜在的。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进行重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息，例如出于过程控制的目的。

图2示出可用于本发明的实施例中的散射仪SM1。其包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影器2。所反射的辐射被传到光谱仪检测器4上，所述光谱仪检测器4测量被镜面反射的辐射的光谱10(即将强度作为波长的函数)。从该数据中，用于产生所检测光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU被重建，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与如图2底部所示的仿真光谱库进行对比。通常，对于所述重建，获知所述结构的通常形式，且通过根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有一些结构参数根据散射仪的数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

可以用于本发明的实施例中的另一个散射仪SM2如图3所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12通过干涉滤光片13和偏振器17被聚焦，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(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，所反射的辐射通过部分反射表面16透射入检测器18，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜15的焦距处的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在检测器18上重新成像。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(即，强度作为散射角的函数测量)。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)传感器的阵列，且可以采用例如每帧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，辐射束的一部分通过所述分束器作为参考束朝向参考反射镜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。

至少一个干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低例如200-300nm的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可能被用于替代至少一个干涉滤光片，或可以与至少一个滤光片一起使用。

检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射光的强度，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)偏振辐射的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振辐射之间的相位差。

能够采用给出大集光率的宽带光源(即具有宽的辐射频率范围或波长范围以及由此而生的色彩)。在宽带上的多个波长优选每个具有δλ的带宽和至少2δλ(即波长的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经被用光纤束分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，角度分解散射谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量包含比二维谱更多的信息的三维谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加度量工艺的鲁棒性。这在美国专利申请公开出版物no.US2006-0066855中进行了更详细的描述，该文档以引用的方式整体并入本文中。

衬底W上的目标可以是被印刷的光栅，以使得在显影之后，所述条纹为实抗蚀剂线的形式。所述条纹可以替代地被蚀刻到所述衬底中。该目标图案对于光刻投影设备中的感兴趣的参数(例如焦点、剂量、重叠、色差等)敏感，以使得所述相关参数的变化将随着所印刷的目标的变化而显现。例如，该目标图案可能对于光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差和照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的目标图案的散射仪数据被用于重建光栅。所述目标图案的参数(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单元根据印刷步骤和/或其他的散射仪工艺的知识实现。

本发明的一个实施例涉及衬底W上目标的重构。在该目标是光栅的情况下，光栅的条纹具有一定形状，所述形状包括其长度和其截面形状，通常认为其为棱镜形。条纹的横截面被称为其轮廓。其后，条纹将被称为散射仪对象。然而，必须注意的是，该轮廓也可以包括整个3-D对象而不只是其横截面。还必须注意的是，该轮廓不仅包括该对象的外形还包括其内部形状、形状的细分部分、材料以及材料的属性。

为了重构，以前已经认为该轮廓是由许多相似的矩形横截面层和梯形组成(或者3-D对象的圆柱形和锥形)。而本发明的实施例就是建立在这样的理论上的。

一般来说，为了从其衍射光谱中重构该对象轮廓，通常从散射仪对象的表面来衍射辐射束。该经过衍射的辐射束由检测器检测，然后从该衍射图案中产生散射仪测量信号。该测量信号与基于模型轮廓的计算出的信号进行比较。当所计算出的信号不与该测量信号相匹配时，改变该模型轮廓，以使得相关的模型信号与实际对象的实际轮廓更加相似。继续执行上述过程直到该测量信号与计算信号的匹配度在可接受的公差内。

替代地，模型轮廓可以从模型轮廓库和相关的模型信号(例如，衍射光谱)库中寻找。在该库中的插值可以用来增加模型轮廓的精确度。

特别地，本发明的实施例是关于定义和估计该模型轮廓空间的，即，为了找到最佳的匹配所可以考虑的所有的模型轮廓(以便能够将所述模型轮廓的衍射图案与实际对象的衍射图案相比，并因此获得该对象的实际轮廓)。

图4示出模型轮廓的例子。该轮廓近似为一堆板L1-L5、L7和梯形L6、L8。为了使一系列的构造块L1-L8能尽可能的与该对象轮廓匹配，该构造块的自由度(宽、高和侧壁角)可以被调整。然而，这种方法有一定的缺陷。第一，使用者必须在正确选择构造块的数字、形状和尺寸方面有经验。第二，构造块的自由度可能与测量的轮廓的实际变化不相匹配。第三，使用者必须限定形状和尺寸的范围，该范围必须考虑覆盖所测量的轮廓的变形。最后，构造块方法仅仅是实际所需的轮廓的很粗略的模型。其主要原因是构造块不允许在该轮廓的表面弯曲。

根据本发明实施例建立模型轮廓的方法是独立决定该轮廓的外形，而不是尝试使用构造块建立对象的横截面或体积。二维对象的外形或三维对象的表面可以使用多种数学函数表示，比如多边形和样条。替代地，使用者可以使用绘图系统手工生成外形。在该手工绘制方法的下一步中，只要该手工绘制的图输入到计算机或其他处理器中就可以通过数学函数来模拟外形。

为了帮助使用者限定该外形，可能用到关于所测量的对象的信息。如图5所示，已知对象的图像42被输入到模型构造者(或使用者)可以看到的屏幕上。然后，用户界面允许使用者在该已输入图案的顶部添加估计的轮廓20。然后，该估计的轮廓20可以被调整40来与图像42精确地匹配，然后将该调整后的估计的轮廓的参数(也就是名义的轮廓及其变化)随着该输入图像42的衍射图案而被存储到库中。如图6所示，估计的对象55重叠在实际图像50上。衬底表面W’的相对位置也与实际衬底表面W对准。如图6所示，从估计的轮廓55开始，在这种情况下，使用者仅需要向左并稍微向上移动该估计的轮廓就可以使该推测轮廓55与该输入图像50相匹配。

该输入图像42；50可能是由扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)确定的对象，或者该图像可能从光刻预测模型(例如Lithocruiser或Prolith)输入。该图像也可以根据任何种类的仿真输入。替代地或附加地，该图像可以根据以前的测量输入，例如，包含更多自由参数的以前的测量。换句话说，已经经历了大量的处理过程使其尽可能精确的以前的对象轮廓可以被用作输入图像。

如上所述，存在替代的方式用于定义估计的轮廓和轮廓空间。一种方式是添加许多板和梯形使其与输入图像最为匹配。这与使用板和梯形构建模型相似，但是主要区别是，构造块可以直观地与已知图像比较，而不是根据设计信息或用户经验来估计。另一种替代方式是，使用者利用用户界面在该输入图像上自由绘制轮廓，然后使用者在完成自由绘制图后，映射样条、多项式方程或向量或其他的表示。

有多种方法可以来调整该估计的轮廓，以便使其匹配添加的输入图像。图5示出这些方法中的一个示例。在估计的轮廓上的“柄”30可以被调整，以使得柄30之间的线段20可以相互独立的运动。柄30的运动也可能使线段20沿着附图标记40的方向弯曲。然后，该柄的运动作为数学函数的变量记录下来，所述数学函数表示该线段产生的变化。然后，这些变量与名义轮廓(也就是在这些柄操作前形成的轮廓)一起被存储。

每一线段20都可以由一多项式方程表示以便能够获得所需的曲线。替代地或附加地，线段20可以由向量表示使得其相对位置容易再生。更进一步，线段20可以由样条表示，该样条也被称为“分段式”多项式曲线。

类似地，使用者有多种方法用于定义该轮廓空间，那就是，轮廓可以被调整的方法和调整量，通过所述调整量，所述轮廓可以被调整以找到所测量的和由模型获得的衍射图案的最佳匹配。典型地，使用者选择一个或多个调整参数或柄以及表示至少一个参数的变化度(也就是范围)。

如图7所示，例如如果对于多个散射仪的对象的、来自测试衬底的多个衍射光谱产生多个潜在的轮廓，则使用者可以从以前的测量中输入多个图像。这些轮廓可以由多种横截面技术来确定，例如SEM、TEM(透射电子显微镜方法)或者AFM，或者甚至使用具有包含大量可变参数的模型轮廓的散射仪。这些轮廓都可以被一个摞一个地添加。如果这些多重轮廓图像是可用的，那么就可以分析该多重图像并且使用者可以找到平均轮廓64以及轮廓变化，例如5％(线60)和95％(线62)的变化。该变化可以用来统计分析确定能够精确描述该轮廓变化的轮廓函数最小集合。这样做有利于减少图像中的噪声，并且尽可能降低用于精确描述最重要的图案的可变参数的数量。这可以例如使用主分量分析仪完成，。

本发明的实施例的另一个益处是，不仅可以记录简单的外形轮廓，而且所述过程可以用于处理比较复杂的对象，例如具有覆层的对象、接触孔、分层对象、或任何一种可能作为测试结构的产物出现的对象。

如上所述，该输入图像可以由任何数目的可用的图像组成，并且这样复合的图像可以用在添加表示带有覆层之类的对象的估计的轮廓。例如，图6的对象50可以与具有相同形状但稍大的图像58组合。那么，该被添加的轮廓55可能被计算或确定两次；一次是对象形状50，另一次是稍大的图像(例如，带有覆层的)58，由此给出例如被覆盖的对象的轮廓。

上面的例子涉及到利用用户界面将估计的轮廓手动地添加到输入图像上。然而，这可以由识别或检测对象边缘并且形成该边缘轮廓的软件和硬件的组合自动完成。

本发明的实施例不限于二维轮廓。添加估计的轮廓并且对其进行调整的同样方法可以例如在正交方向上被用于对象。然后，一系列的轮廓可以被确定以建立3D对象。

进而，估计的轮廓不需要与单独的输入对象精确匹配。如果对象族具有至少一个共同参数(例如图6所示的五边形50)，就可以建立轮廓索引，该索引包括所述至少一个相同参数(例如五边形)，从而减少了对所述特定对象族所需要测量的参数的数量。继续图6中的例子，如果对象族包括同样的五边形50，但是不同的高度58和位置52，则该相同轮廓索引50可以用于整个家族，只有两个未知参数，命名为高度和位置。软件可以自动使输入图案变化为一个、或一系列多项式方程式或样条。

估计的轮廓与输入对象的匹配可以由使用者手工完成也可以由边缘检测软件自动完成或者可以由使用者逐像素地完成。

本发明的实施例的优点是能更容易的定义轮廓，并且其潜在模型轮廓的空间更加精确和全面，从而使对象轮廓的重构可以更加精确、更加容易、利用最少的自由度(或未知参数)来实现。

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，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。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 (21)

1、一种定义轮廓的方法，使得所述轮廓的定义能够被用于根据来自对象的衍射辐射重构对象的轮廓，所述方法包括：

利用已知对象的信息定义轮廓；

利用数学函数描述所述轮廓的表面；

在数学函数中选择可变参数并且迭代地改变所述可变参数直到所述轮廓的计算衍射图案与所述已知对象的衍射图案相匹配；以及

存储所述轮廓以及所述可变参数。

2、如权利要求1的方法，其中描述所述轮廓的所述表面包括将二维轮廓的外形分成多个片段，每一片段由至少一个形状定义器来表示，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：线、多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制形状以及样条。

3、如权利要求1的方法，其中描述所述轮廓的所述表面包括将三维轮廓的表面分成多个片段，每一片段由至少一个形状定义器来表示，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制形状以及样条。

4、如权利要求1的方法，其中所述已知对象是对象的输入图像。

5、如权利要求4的方法，其中所述图像通过度量衡工具获得。

6，如权利要求5的方法，其中所述度量衡工具是扫描电子显微镜、原子能显微镜或散射仪。

7、如权利要求4的方法，其中所述图像是利用对对象的仿真而获得的。

8、如权利要求4的方法，其中所述图像是已知对象的多个图像的组合。

9、如权利要求8的方法，其中使用多个图像的中间的平均轮廓或其他的平均轮廓，确定所述轮廓的变化并且统计分析所述变化，以确定在所需的精度水平之内描述所述轮廓及所述轮廓中的变化所需的数学函数的最少数目。

10、如权利要求4的方法，其中由使用者利用用户界面和图象处理器来实现所述描述和所述改变。

11、如权利要求4的方法，其中所述描述由所述对象的自动边缘检测器自动实现。

12、如权利要求4的方法，其中所述改变在逐像素的基础上实现。

13、一种定义轮廓的方法，使得所述轮廓的定义能够被用来根据来自对象的衍射辐射重构对象的轮廓，所述方法包括：

观察已知对象的图像；

将估计的轮廓添加到所述已知对象上；

在所述估计的轮廓中定义可变参数；

迭代地改变所述可变参数直到所述估计的轮廓与已知的对象相匹配为止；以及

存储所述轮廓以及所述可变参数。

14、如权利要求13的方法，其中所述估计的轮廓是三维的，并且包括至少一个形状定义器，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制形状以及样条。

15、如权利要求13的方法，其中所述估计的轮廓是二维的，并且包括至少一个形状定义器，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：线、多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制图形以及样条。

16、如权利要求13的方法，其中所述估计的轮廓包括柄，并且所述改变所述估计的轮廓的所述可变参数的步骤包括在所述估计的轮廓上移动所述柄以便调整所述柄附近的所述轮廓的形状。

17、一种用于根据由用于照射对象的辐射而产生的衍射图案重构对象轮廓的方法，所述方法包括：

检测衍射自所述对象的辐射的衍射图案；

根据所述衍射图案生成模型轮廓，包括：

利用已知对象的信息定义轮廓、

利用数学函数描述所述轮廓的表面、以及

在所述数学函数中选择可变参数并且迭代地改变所述可变参数直到所述轮廓的所计算的衍射图案与已知对象的衍射图案相匹配；

从所述模型轮廓得到模型衍射图案；

比较所述模型衍射图案和所述检测到的衍射图案；以及

根据所述模型衍射图案和所述检测到的衍射图案的差异确定所述对象轮廓的估计。

18、一种用于根据由用于照射对象的辐射而产生的衍射图案重构对象轮廓的方法，所述方法包括：

检测衍射自所述对象的辐射的衍射图案；

根据所述衍射图案生成模型轮廓，包括：

观察已知对象的图像；

将估计的轮廓添加到所述已知对象上；

在所述估计的轮廓中定义可变参数；以及

迭代地改变所述可变参数直到所述估计的轮廓与已知的对象相匹配为止；

从所述模型轮廓得到模型衍射图案；

比较所述模型衍射图案和所述检测到的衍射图案；以及

根据所述模型衍射图案和所述检测到的衍射图案的差异确定所述对象轮廓的估计。

19、一种用于定义轮廓的检验设备，使得所述轮廓的定义能够被用来根据来自对象的衍射辐射重构对象的轮廓，所述设备包括：

输入装置，配置用于输入已知对象的轮廓；

用户界面，配置用于利用数学函数描述所述轮廓的表面，以及配置用于调整所述数学函数中的可变参数直到所述轮廓与已知对象相匹配为止；以及

存储器，配置用于存储所述轮廓以及所述可变参数。

20、如权利要求19的检验设备，其中所述用户界面配置用于使用户将三维轮廓的表面分成多个片段，每一片段由至少一个形状定义器来表示，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制形状以及样条。

21、如权利要求19的检验设备，其中所述用户界面配置用于使用户将二维轮廓的表面分成多个片段，所述表面就是所述轮廓的外形，并且每一片段由至少一个形状定义器来表示，所述形状定义器选自由以下元素组成的组：线、多边形、板、曲线、多项式方程、向量、预制形状以及样条。

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