CN101512309A - 用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于位置分辨地确定物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的一种方法。在此图像被生成，其方式是该物体利用相干光线被照射并在一个图像平面中被成像，光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，其中针为每个像素确定光线的强度，按图像点被存储，并把这些图像点分配给一个图像。首先生成一个第一图像，然后生成至少另一图像，其中光线的相位和/或幅度以给定的方式被改变，并且每个图像的所述改变都与其他图像的改变不相同。由所生成的图像位置分辨地确定物体在图像平面中成像的相位。本发明还涉及用于执行该方法的一种装置。在这种方法中光线的相位和/或幅度通过在物体与图像平面之间的一个位置频率过滤器而被改变。

Description

用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法和装置

本发明的领域

本发明涉及一种用于位置分辨地(ortsaufgeloesten)确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法，其中图像的生成是通过(a)该物体利用一种照明装置的相干光线被照射并在一个图像平面中被成像，(b)光线在该图像平面中位置分辨地以像素被探测，(c)其中针对每个像素确定光线强度，按图像点来存储并把这些图像点分配给图像。在此首先生成一个第一图像。然后生成至少另一图像，其中光线的相位和/或幅度以给定的方式被改变，并且对于每个图像所述改变都与对于其他图像的改变不相同。该第一图像在此通常在没有任何改变的情况下被记录。然后由所生成的图像中，位置分辨地确定在物体该图像平面中的成像的相位。

本发明还涉及一种用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的装置。这种装置包括具有辐射出相干光线的光源的照明装置、物体支架、成像光学装置、进行位置分辨的像素探测器、存储器模块以及分析模块。该装置通过如下方式生成图像：(a)该物体利用相干光学被照射，并通过该成像光学装置在该图像平面中被成像，(b)光线在该图像平面中位置分辨地按像素(in den Pixeln)被探测，(c)其中对于每个像素光线强度被确定，并按图像点被存储在该存储器模块中，并把这些图像点分配给图像。

当前技术

为了在利用相干光线照射的一个未知物体的成像中确定波前(Wellenfront)的相位，在当前技术中存在不同的方法。在此通常涉及迭代方法，其中在成像中的相位以及在成像中的波前由两个或多个位置分辨的强度测量而被迭代地重建。所述强度测量在此以预定的、充分确定的方式相互不同。这样比如就可以记录一个第一图像，其中物体和进行位置分辨的探测器分别位于该成像光学装置的焦点位置。然后可以记录一个第二图像，其方式是进行有针对性的散焦。如果该物体位于一个支架上，那么可以沿着该光轴把该支架移动一个确定的长度。代替地并且等效地，也可以移动该探测器，其中该成像光学装置的放大越大，所述移动就相应越大。在该探测器中入射的光线被记录并被转换为强度值。在相同的记录条件下以及同时被记录的强度值按图像点被存储，并被组合为图像。然后由所述至少两个图像，就可以借助所谓的相位恢复算法来计算当该物体成像在位于焦点处的图像平面中时来自其的光线的相位以及波前。最常使用的相位恢复算法包括所谓的Gerchberg-Saxton算法(R.B.Gerchberg、W.O.Saxton，光学装置，35卷，237页，1972)或Yang-Gu算法(G.Yang，应用光学，33卷，209页，1994)系列。

虽然原理上两个图像就足以计算相位，但是迭代可能延续非常长。因此希望记录尽可能多的图像，其中这样虽然一些信息是冗余的，但最终能够达到较高的精确度。如果仅仅基于散焦来生成不同的图像，那么就迅速地突破该界限，因为散焦在仅仅一个有限的调整范围内是可以的，以便还能够合理地进行分析，并且否则该图像就可能被模糊。

另一方面在显微镜中公开了一些方法，其中利用该方法可以提高在成像时的相位对比。在这些方法中，光线在微观或宏观物体之中或之上所经受的不可见的、微小的相位变化被转换为强度变化。这样其就变成可见的。其实现是通过在该物体成像时不衍射的光线相对于在该物体上被衍射的光线在相位和幅度上都被改变，其中该物体的衍射光谱在一个瞳孔平面中被影响。在此所利用的是，显微物镜近似如同傅立叶变换光学装置来构建，使得在该成像光学装置的瞳孔平面中能够影响从该物体所衍射的光线的强度分布的位置频谱。

能够用来确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和强度的一种显微镜在WO 91/07682中被公开。其中描述了一种聚焦的激光扫描显微镜，其中激光束被聚焦到物体的小部分上。来自该物体的这部分的光线通过一个针孔而被成像在探测器上。通过该物体在没有干扰的情况下被照射，而记录第一图像。对于第二图像，在光路中在两个瞳孔平面中分别在该物体之前和之后引入一个过滤器。如果不仅在该照明侧、而且在成像侧都使用过滤器，那么这两个过滤器在此具有与给定数学函数相对应的、改变强度或改变幅度的一个函数，其中该数学函数的特征使分析简化。对于该物体的这个小部分，现在就可以计算图像中的相位。因为光线通过针孔在探测器上被成像，所以位置分辨地测量是繁琐而冗长的。使用必须相互匹配的两个过滤器也是费事的。

本发明的描述

本发明的任务是开发一种方法，利用它可以简单地位置分辨地确定在物体成像中的相位。另外还应开发一种装置，其中该装置以简单的方式来执行该方法，并实现了在不同条件下对图像进行记录的一种高度灵活性。

该任务在开头所述种类的一种方法中被解决，其方式是光线的相位和/或幅度通过位置频率过滤(Ortsfrequenzfilterung)而在该物体与图像平面之间的一个瞳孔平面中被改变。与前述的显微镜相反，所述过滤仅仅需要实施一次。位置频率过滤此外与散焦相比提供了更多的可能性，使得图像在不同条件下都能够被记录，这大大改善了该方法的精确度，并产生了其他的应用可能性。这种改变在此是精确给定的。其对于所有的图像是不同的，这样在一组中获得不同的强度图像。但至少两个图像被记录。在此所有的图像都可以利用位置频率过滤来生成。或者所述图像之一也可以在没有过滤的情况下被生成。这对于相位的确定不是重要的，但对于后处理可能是有利的。然后由所记录的图像数据组可以通过一种迭代方法-比如Gerchberg-Saxton系列的一种算法-在物体空间中反算到在图像空间的相位，并从而反算到由成像过程所限定的相位。所述位置频率过滤的主要优点在于完全自由地选择频率选择操作。这样就能够补偿散焦的缺点，其中所述散焦在相位调制中对高频图像分量有大得多的影响。通过一种位置频率过滤，还能够以较小的计算耗费来进行更精确的相位重建。

优选地所述位置频率过滤通过引入至少一个位置频率过滤器来进行。该位置频率过滤器的特征在此是已知的，因为它在该相位恢复算法中作为参数而引入。显然也可以同时使用多个位置频率过滤器，其中比如一个第一过滤器覆盖一个第一频率范围，一个第二过滤器覆盖一个第二频率范围。还可以把第一过滤器作为幅度过滤器来构造，把第二过滤器作为相位过滤器来构造。也可以把相位和幅度过滤器组合为一个唯一的过滤器。为了改变相位和/或幅度，所述至少一个位置频率过滤器符合目的地在光路中围绕光轴和/或围绕与光轴垂直的旋转轴线(所述旋转轴线与光轴相交)旋转和/或垂直于光轴移动。这样光线的相位以及幅度就可以以多种方式利用一个且同一个元件而被改变。其他的移动以及围绕其他轴线的旋转也是可以的。

作为至少一个位置频率过滤器比如可以使用单透镜、微透镜阵列、西门子星(Siemensstern)、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅(相衍射光栅)。这些过滤器也可以组合地使用。尤其单个透镜或微透镜阵列是尤其良好地适合的，因为它们不遮挡零衍射级。正弦棋盘光栅也具有这种优点。

如果单透镜的位置在该阵列中是不规则的，而是统计分散的和/或非周期性分布的，那么在大多对称的衍射光谱中获得了多样化的操作可能性。

在位置分辨地确定相位之前对位置频率过滤器实施一种校准，这也是符合目的的。这提高了精确度。为了校准该位置频率过滤器，使用了其成像特征已知的一个物体。然后为了进行相位操作，或者仅仅实施散焦，或者沿着光轴对过滤器实施移动。在这两个情况下，在实施该相位恢复算法之后可以推算通过该位置频率过滤器的相位和幅度操作。

在本发明的一个尤其优选的扩展中，在光路中在该照明装置的物体平面中引入了一个明场光阑。虽然通常使用显微镜成像光学装置，该光学装置体现为如傅立叶变换光学装置的一次近似，但是这种近似通过引入该明场光阑而被进一步改善，因为这样就可以使干扰的边缘效应最小化，其中该边缘效应由于衍射光谱的周期延伸而产生。通过该明场光阑可以达到与成像一致地在探测器的边缘使强度下降为零。作为成像模型则可以使用傅立叶变换——这隐含着图像的周期延伸，而不会在边缘上产生由位置频率假象引起的强度跳跃。从而，还有利地使用了在图像空间中造成较小模糊的过滤器。按照位置频率过滤器的扩展方案，被照射的场则可以是较大的或较小的。比如使用一种微透镜阵列在此相对于一种棋盘状正弦光栅是有利的。因为在借助相位恢复算法来对测量进行分析时，通常作为傅立叶变换来建模光学成像，借助快速傅立叶变换(FFT)算法来通过计算实现，这样就可以提高精确度。由此，仅仅使用位置分辨探测器的较小区段，其中在该探测器边缘上所述成像没有相位跳跃地、实际周期性地延伸。

而在使用一种明场光阑的情况下，一个或多个图像已经被记录，使得图像数据满足周期性的边缘条件，也即比如在探测装置的照相传感器的矩形CCD平面的情况下，使得所记录的强度值在相对的图像边缘上相互对应，或者其在边缘区域的曲线可以通过连续的函数来描述，那么在记录或图像生成之后也可生成周期性的边缘条件，而不必使用一种明场光阑。为此在所述生成之后在每个图像的图像点上应用一个强度加权函数，其中该强度加权函数如此来改变强度值，使得在该图像中的强度曲线在图像周期性延伸的情况下对应于一个连续的、优选为连续可微分的函数。

确定强度加权函数的一种可能性比如在于，在相对的图像边缘的值之间进行内插。另一种可能性在于，把强度值与一个加权函数相乘，其中该加权函数除了在边缘之外全具有为1的值，在边缘处该函数连续地接近零或者另一给定的值。该强度加权函数也可以超出该图像边缘，使得造成彼此相对边缘的两个图像区域重叠。在最简单的情况下，具有给定斜率的直线是适合作为函数的，这些直线则仅仅是连续的。那么在起始点上，也即在强度加权函数从值1开始返回到0的点上，以及在变为0的点上，该函数虽然是连续的，但导数当然不是连续的。但是，出于计算技术的原因，尤其为了计算的精确度，如果该强度加权函数在该区域中也是连续可微分的，也即至少其一阶导数同样是连续的，那么这是有利的。在该情况中，除了直线，比如可以使用正弦函数二次方的四分之一周期，比如a*sin²(bx)，其中该函数在其相应的尖峰点上被连接到该加权函数的常数级。

在此也可以给最初的图像点比如通过内插来添加其他的图像点。同样也可以比如通过产生重叠来去除图像点。

为了对图像点进行进一步处理，那么通常实施一种频域变换。为了生成周期性的边缘条件，代替地或者补充地为了在所述生成之后以及在频域变换之后对每个图像的图像点应用该强度加权函数，也可以对被频域变换的图像点应用一种瞳孔加权函数，其中该瞳孔加权函数在瞳孔边缘向外连续地、优选地连续可微分地下降为零。

在对图像点应用该强度加权函数之后——对应于前面的描述，该应用从而比如存在于一种内插、或者一种乘法、或者具有加法的乘法，其中前述的函数仅仅是示例，并且大量的在此未提及的函数同样适合于达到所期望的结果——对图像点应用一种频域中的变换，也即实施一种频率分析。该强度值以及幅度比如可以借助傅立叶变换——对此也有变型如在数学中广泛应用的快速傅立叶变换(FFT)——而被变换为频率空间，则在瞳孔空间中得到了在图像中所出现的频率的一种表达。显然也可以使用其他的频率空间中的变换。通常在频率表达的当前技术中采用了一种瞳孔定义函数，其中该函数定义了瞳孔的范围。在该瞳孔中该函数取值1，在外部取值0。在该瞳孔的边缘，该函数从1跳跃到0。该函数根据本发明被改变：代替所述的简单的瞳孔定义函数，或者对其补充地，对经傅立叶变换的图像点应用瞳孔加权函数，该加权函数在该瞳孔的边缘连续地、优选地连续可微分地下降为0。该瞳孔边缘的跳跃从而至少被连续的函数替换。在此，该瞳孔优选地向外延伸，也即直到在该瞳孔的边缘该瞳孔加权函数都取值1，以便在外部快速地或缓慢地下降为0。在最简单的情况下，在此可以使用具有给定斜率的一条直线，那么该直线在该起始点上、也即曾经在该瞳孔边缘上虽然是连续的，但是其导数不是连续的，其中在该瞳孔边缘上加权函数在向外的方向上看最后一次取值1，以及在外部其第一次取值0。因此，出于计算技术的原因，还使用了其他的函数，这些其他函数至少在瞳孔边缘上是连续的可微分的。比如可以使用一个向下开口的抛物线。在此也可以再次使用正弦或余弦波的四分之一周期，使得该函数在任何情况中都变成连续的可微分的。在其然后连续地下降到0之前，该函数也可以在该瞳孔外部继续恒定地延伸某一段。

这样就可以形成一种周期性，这种周期性能够模拟周期性的边缘条件，而不必使用明场光阑。这样就可以采用隐含周期性边缘条件而被使用的傅立叶变换，而不会形成较大的偏差，因为通过采用至少一个加权函数在真正非周期性的边缘条件下也对其进行模拟。

在变换为频率空间和/或在对频率空间的图像点应用瞳孔加权函数之前应用强度加权函数的前述步骤在此并不局限于本发明的用于位置分辨地确定相位的方法的应用，而是很显然也可以应用于图像，其中该图像利用对应用中的光刻掩模特性进行仿真的仿真设备来生成。这些设备比如Carl Zeiss SMS有限公司的AIMS记录了光刻掩模的空间图像(Luftbilder)，如同其将作用于光刻胶。该空间图像然后被分析。在该分析方法中，前述的步骤可以容易地被实施，并从而在精确度上获益。

在该方法的另一扩展中还生成了其他的图像，其中附加地改变光线对该物体的入射角。该照明装置形成一种基本点状的、相干的照明。为了照射该入射角，该照明斑在该照明系统的瞳孔平面中被横向移动。或者也可以在该照明装置的场平面中通过相互可旋转的棱镜来倾斜该照射角。也可以考虑在中心点在该光轴上的圆弧上来旋转整个照明装置。该方法的扩展比如可以用于测量或模拟光刻扫描仪的部分相干的照明。为此，顺序地记录单个的图像，在这些单个的图像中要模拟的照明瞳孔被相应地改变。接着单个的相位和幅度图像在算法上被组合。在此，在各次测量的衍射光谱被集中到零频率之后，在瞳孔平面中的各个测量通过后处理被综合为电磁场，并通过模拟而被传送到图像平面中。

在本发明的另一扩展中生成了其他的图像，其中该物体利用预定偏振的光线来照射，并且与偏振有关地来探测该光线。这可以通过在该照明装置与该物体之间引入起偏振器以及在该物体或成像光线装置与该图像平面之间引入检偏振器(Analysator)来实现，其中在起偏振器与检偏振器相互之间以及必要时还关于照明装置的不同位置来生成图像。这样在已知该成像物镜的偏振特征的情况下就可以推算该物体对相位和幅度的、与偏振有关的影响，以及可以在瞳孔平面和图像平面中确定矢量电磁场。

本发明的该扩展尤其可以在形成光刻掩模时以及优化光刻过程时被应用。在调节时，照射角度、相应的偏振以及数字孔径(Apertur)被选择为等于光刻扫描仪的。在选择该孔径时，在此只要所测量的物体衍射光谱在测量之后被乘以所期望直径的孔径掩模，并接着被进一步处理，那么当然也可以考虑一个较大的孔径。利用这种调节来测量对扫描仪重要的相位和幅度。

测量结果在形成光刻掩模时可以被使用，以优化掩模的形成过程，使得该掩模产生对扫描仪重要的180°的相位。

最后符合目的的是：可以规定附加地通过散焦来改变光线的相位和/或幅度。这也可以被用于检定该位置频率过滤器。

为了提高该方法的精确度，另外还符合目的的是，在位置分辨地确定相位之前关于单色像差来实施校准。为此使用了其构造已知的相位非活动(phaseninaktives)的物体，比如用于对整个成像像场进行平均化的针孔阵列或者覆铬玻璃针孔，其中衍射在该物体上产生了足够大的角度，以照亮整个数字孔径。该物体然后或者借助散焦或者使用瞳孔过滤器而被测量，并且其产生了不同的强度图像。接着其利用该相位恢复算法而被分析。为该瞳孔平面所计算的相位或相位分布则对应于该单色像差。该单色像差在每次测量时都从该瞳孔平面中测量的计算相位中被去除，其中该相位比如作为按照Zemike多项式以及Zemike系数的项式展开式来进行数字存储。矢量色差效应可以被考虑，其方式是在照明中以及分析中对不同的偏振方向实施测量。

可以实现对精确度的进一步改善，其方式是在生成或记录图像之前实施一种校准，以补偿随机的散焦。散焦在测量期间出现，并且是随时间变化的，使得这种校准优选地在生成每个图像之前被重新实施。如果在一个未知物体在瞳孔中成像时波前的相位按照多项式被展开，那么如果存在散焦，则在该展开中就出现一个二次项。该二次项的系数然后可以被去除，并且该项从而从该瞳孔中的相位中被减去。也可以采用其他类似的策略来考虑该二次相位项，以校准散焦。

本发明还涉及用于位置分辨地确定在物体成像的像平面中电磁场的相位和幅度的装置。对于开头所述种类的这种装置，该任务以如下方式被解决：在该成像光学装置中设置至少一个可耦合在瞳孔平面中的光路中的位置频率过滤器(Ortsfrequenzfilter)，利用该位置频率过滤器来改变光线的相位和/或幅度，其中该装置生成了一个第一图像以及至少另一图像，其中该光线的相位和/或幅度以给定的方式通过该位置频率过滤器被改变，并且这种改变对于每个图像都是与其他图像不同的。在此，第一图像可以利用耦合出或耦合入(aus-oder eingekoppeltem)的位置频率过滤器来生成。如果所述至少两个图像二者都利用耦合入的过滤器来生成，那么这隐含以下一种配置，其中该过滤器设置为移动的或者其在光路中的位置是可变化的，也即必须允许该过滤器的至少一个第二位置，由此能够在不同的条件下来记录图像。也可以考虑在两个不同的过滤器之间进行变换，其中这两个过滤器则不必是移动的。该分析模块然后处理所存储的图像，并以位置分辨的方式确定物体在图像平面中的成像中的相位。通过使用一种位置频率过滤器，相对于常规的借助散焦原理工作的用于相位确定的配置，可以实现对精确度的改善，此外还提供了改变相位和/或幅度的不同的可能性。从而可以设置一个或多个位置频率过滤器，由所述过滤器分别在不同的频率范围中一方面例如仅仅改变相位、另一方面仅仅改变幅度、以及第三方面二者都改变。在该分析模块中，为了处理图像，则实施了比如按照Gerchberg和Saxton的相位恢复算法，利用该算法迭代地确定在该图像平面中波前的相位。借助本发明的装置可以实施前述的方法。相对于当前技术，在求解相应的迭代的等式系统时可以实现更快速的收敛。

优选地所耦合入的位置频率过滤器围绕该光轴和/或围绕垂直于该光轴的、与该光轴相交的旋转轴线可旋转地和/或垂直于该光轴可移动地设置。在耦合入的状态中，该位置频率过滤器一方面可以围绕该光轴被旋转，相对于该光轴被倾斜，或者还横向被移动。这样就在光路中提供了多种配合可能性，从而可以以多种方式来改变该位置频率谱。也可以考虑其他的移动、倾斜或旋转。在此其前提是，该成像光学装置基本可以通过傅立叶变换来建模，也即该成像光学装置近似对应于一个傅立叶变换光学装置。该物体的衍射光谱或衍射图像通过一个高分辨的物镜而被捕捉并被傅立叶变换。通过该成像光学装置，在衍射图像中的幅度分布被傅立叶变换为在衍射物镜中幅度分布的位置频率光谱。通过相应的、位置频率选择的配合，该光谱现在在相位和/或幅度上被操作，并从而在衍射图像中的幅度分布和/或相位分布被改变。在该物体在成像平面中成像时，这相应地通过强度改变而使之变得明显。

符合目的地，该装置分别在所述至少一个位置频率过滤器的不同位置生成多个图像。这样就提供了一个大的数据组，提高了测量精确度，并且加速收敛。然而至少两个图像是必需的。

作为至少一个位置频率过滤器，优选地设置单透镜、微透镜阵列、西门子星、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅。在此，优选地使用对零衍射级不遮挡的这种位置频率过滤器，因为这样可以实现更高的精确度。在微透镜阵列的情况下，如果单透镜在该阵列上的位置是不规则的，而是统计分散的和/或非周期性分布的，那么在大多对称的衍射光谱中就获得了多种操作可能性。

优选地在该装置中在该照明装置的光路中在物体平面中设置有一个明场光阑。这样实际的成像特性借助傅立叶变换就被提升到接近于理想的成像特性，也即在基于傅立叶变换的模型与真正的装置之间的偏差被最小化。

最后还可以规定，该支架可以沿着该光轴来移动。这样在确定该图像平面中的相位时还可以使用经典的散焦方法，比如用于进行控制或用于进行校准。

另外还优选地设置了调节装置，以调节照明光线对该物体的入射角。由该照明装置所生成的相干的照明点通过该调节装置在该照明装置的瞳孔平面中横向地(lateral)被移动。为此，优选地设置有两个相对运动的光学元件，比如两个可相对旋转的旋转光楔，其在场平面中产生一个角度。另一可能性是应用两个可倾斜平板，其在该瞳孔平面中产生横向移动。

在本发明的一个优选扩展中，在该照明装置与该物体之间设置有一个起偏振器，并在成像光学装置与探测器之间设置有一个检偏振器。这样就可以利用一个确定的偏振方向的光线来照射未知的物体，其强度则通过将该检偏振器使用在该探测器之前的不同位置中而与偏振有关地被探测。显然也可以改变该起偏振器的位置。在假定在瞳孔平面与图像平面之间的成像系统的标量特性的情况下，也即假定小的成像角度的情况下，可以采用一种标量相位恢复算法来在瞳孔空间和图像空间中重建相位和幅度。其前提是，成像物镜的偏振特性、也即其Jones矩阵是已知的。在计算该成像系统的Jones矩阵之后，这样就可以直接推算该物体在相位和幅度上的偏振有关的影响。如果在照明中针对偏振的不同方向来重复该步骤，也即针对该起偏振器的不同位置，那么就可以推导出在瞳孔平面和图像平面中的矢量电场。另外，自然也可以改变照明角度。这样比如就可以确定一个光刻掩模的Jones矩阵。为了模拟一个光刻扫描仪的成像特性，该成像光学装置的光学特性、也即其传输函数在数字孔径方面优选基本对应于要模拟的光刻扫描仪的光学特性；该照明装置的光学特性同样优选基本对应于要模拟的扫描仪的光学特性，其中这涉及照明角度和/或偏振。也可以相应地选择其他的特性。或者也可以选择该成像光学装置的数字孔径大于要模拟的光刻扫描仪的数字孔径。然后在另一处理步骤中，在该瞳孔平面中、也即在一个与图像平面共轭的平面中所确定的电磁场通过乘以一个孔径掩模而被进一步处理，其中该孔径掩模在直径上相应于该扫描仪的孔径。

这些处理方式尤其适合于测量光刻掩模的偏振特性。因为通过这种方式可以在向量上确定这种掩模的衍射光谱的电场，所以根据本发明的装置适于尤其良好地使用所测量的电磁场来模拟光刻扫描仪的成像特性。在该光刻掩模上的构造宽度和构造深度为该照明波长的数量级以及比其更小的情况下，衍射对掩模的严格影响就不再能够被忽略。通常的对Maxwell方程进行求解的严格的模拟器比如基于有限元方法，根据所使用的模型示出了结果的波动。因此它们需要该掩模的三维几何的输入数据，这些数据仅仅能够间接地并且以大的耗费被导出。借助本发明装置的测量结果，扫描仪的部分相干的成像在考虑光刻掩模以及光刻扫描仪的矢量的影响情况下可以借助Hopkins理论而被模拟。通过该装置所确定的衍射光谱的电场包含有关于该掩模的严格影响的全部信息。从而可以取消严格的模拟。

此外，在Hopkins模拟中部分相干的照明的不同照明角度垂直入射的情况下可以通过计算所测量的或内插的、在不同照明角度下生成的衍射光谱来确定相干衍射光谱的偏移。

这样就可以对模拟进行改善。在扫描仪的模拟中，可以考虑不同的特征，比如该扫描仪的Jones矩阵、像差、所谓的耀斑(Flare)、自然的变迹以及扫描仪的分层变迹、可选浸没液体的折射系数以及在从浸没液体/气体过渡到光刻胶或防反射涂层的菲涅尔反射。还可以在扫描仪模拟时考虑该扫描仪的照明系统的时间和空间的相干函数。

对于近似于所用波长和分辨能力的构造尺寸，在照明时该相位强烈地取决于照明光线的入射角、照明光线的偏振以及孔径。为了确定在光刻扫描仪中所出现的相位，该扫描仪的照明——可能通过顺序地测量不同的照明角度以对例如偶极照明进行内插——以及该扫描仪的成像孔径必须尽可能精确地来重现，这利用本发明的装置来实现。关于该孔径，在此还可以利用一个较高的孔径来进行测量，所记录的衍射光谱可以借助特殊的算法来事后修改。所测量的以及在处理之后所输出的相位则代表了扫描仪有关的光学调节，并大致对应于在扫描仪中在照明过程中所出现的相位。对光刻掩模的制造过程进行优化，使得其产生180度或一个给定值的相位，那么就形成了一个最佳的掩模。该生产过程可以利用根据模拟而获得的参数来优化，也即与所期望的特征相匹配，并相应地被调节，使得在光刻掩模在图像平面的成像中在由该掩模结构所预给定的位置上产生180°的相位跳跃。相位光刻掩模的制造这样也可以被监控。

代替对造价昂贵的掩模的制造过程进行优化，还可以选择相反的途径，也即针对给定的掩模结构来优化、也即匹配并调节该光刻扫描仪的成像特性，使得在该图像平面中在由该掩模结构所预给定的位置上产生180°的相位跳跃。在此该掩模的电磁衍射光谱在图像平面中的传播被模拟，其中该扫描仪的光学成像特征和照明特征被尽可能好地被考虑。借助对所模拟图像的分析，然后这些特征可以关于该光刻过程的特定掩模结构而被调节，并以这样的方式被优化。

本发明装置的另一应用可能性在于确定一个光刻掩模的空间构造。为了重新得到关于这种掩模以及其材料特征的三维构造有关的信息，使用了该掩模的照明光谱的、与偏振和照明角度有关的向量场，以迭代地优化用于描述该掩模的参数，直到严格模拟的衍射光谱相应于在不同测量配置下所测量和存储的光谱。因为许多掩模产生了相同的衍射图像，所以在此拥有尽可能多的信息是必要的。这样就可以推算该掩模的层系统的复杂折射系数、层厚度和掩模的边缘陡度。

附图的简述

本发明应该在下文中借助一个实施例来详细解释。其中

图1示出了这种装置的示例构造，以及

图2示出了在应用中的一个示例性方法流程。

附图的详述

该装置首先包括一个照明装置1。该照明装置发出相干的光线。作为光源优选地设置激光器。来自该照明装置1的光线被投射到物体2上，其中该物体比如是光刻掩模。该物体2的背离该照明装置1的一侧处于成像光学装置的焦点平面3中。在该照明装置1中设置有一个明场光阑4，该明场光阑缩小了被照射的并被成像的区域，使得实际成像与通过傅立叶变换而被建模的成像之间的偏差被缩小。此外还可以设置(未示出)用于调节至该物体2的光线入射角的调节装置。这比如可以通过在该照明装置的瞳孔平面中横向移动由该照明装置1所产生的照射光点来实现。或者也可以在以光轴与焦点平面3的交点为中心点的一个圆弧上来设置该照明装置1。

从该物体2发射并衍射的光线通过一个高分辨的物镜而被捕捉，然后该物体的成像比如以450倍的成像比例被急剧再放大。该成像光学装置在此比如为两个透镜5和6的一个系统，但通常它包括多于两个透镜。通过该成像光学装置，光线被成像到一个进行位置分辨的探测器7上。在此它被记录，确定强度并按图像点进行存储。然后一个测量过程的图像点相应地被分配给一个图像。在该成像光学装置的瞳孔平面中，在所示的例子中也即在该透镜5和6之间，另外还设置有一个位置频率过滤器8。该位置频率过滤器8可以完全从该光路中被移除。然后该装置记录一个第一图像，其中该位置频率过滤器8完全从该光路脱耦。接着利用耦合入的位置频率过滤器8来生成至少另一图像。这两个图像的图像点分别作为图像而被存储在一个存储器模块9中。从这里它们被转发到一个分析模块10，在该分析模块中由这两个图像借助一个相位恢复算法来计算该物体在该探测器7所位于的图像平面中的成像相位。

在此有利的是，不仅记录两个图像，而是一整系列的、在该位置频率过滤器8的不同位置所记录的图像。该位置频率过滤器8为此可以垂直于光轴横向移动，或者围绕垂直于光轴的、优选地与该光轴相交的轴线被倾斜。这两种运动在附图中通过在该位置频率过滤器8上的箭头来表示。另外，该位置频率过滤器8还可以围绕作为旋转轴线的光轴被旋转。这样就实现了多种调节，由此也可以精确而快速地收敛、迭代地确定在该图像平面中波前的相位。也可以使用比如在其频率选择性上不同的多个位置频率过滤器8。最后可以在该照明装置1与该物体2之间设置一个(未示出)起偏振器，并在该透镜6和该探测器7之间设置(同样未示出)检偏振器。通过起偏振器和检偏振器相互之间的不同位置，可以生成图像系列，其中该图像系列可用于在该瞳孔平面中并从而也在图像平面中确定该向量电场。所述确定同样也可以在该分析模块10中进行。该位置频率过滤器8比如可以作为微透镜阵列来构造。在测量之前可以实施相应的校准。

利用所述的装置不仅可以在该图像平面中重建波前的相位，而且同样可以模拟光刻扫描仪。只要有足够的数据，借助该装置还可以推出该物体尤其光刻掩模的构造。

在图2中示出了基本的方法步骤，其中该方法步骤被实施用于模拟光刻扫描仪或者用于计算光刻掩模的空间构造。在左侧外部用A标识的方框示出了开始所实施的步骤，以生成用于模拟该光刻扫描仪的输入数据，其中尤其还包括Jones矩阵的确定。在用B标识的方框中体现的是尤其被实施用以进行相位和幅度测量的步骤。

首先在一个步骤a1中确定不同的照明角度以及起偏振器的不同位置，或者用于测量该Jones矩阵、或者用于调节部分相干的照明，如其相应于要模拟的扫描仪。这样在步骤a2中获得了一组N个照明调节(Beleuchtungseinstellungen)。然后针对这N个照明调节来执行方法步骤b1至b6，最后在一个步骤a3中获得了在该瞳孔平面和图像平面中的总共N个相位和幅度。

在方框B中所示的相位和幅度测量中，首先在一个步骤b1中关于角度和偏振选出N个照明调节之一。在一个可选步骤b2中可以调节成像特性，尤其如要模拟的光刻扫描仪的数字孔径。接着在一个步骤b3中利用变换的瞳孔操作来记录多个强度图像，这些强度图像在一个步骤b4中被分析，尤其借助相位恢复算法。在一个步骤b5中作为给定照明调节的结果获得在该瞳孔平面和图像平面中的相位和幅度。在另一可选步骤b6中，该瞳孔幅度和瞳孔相位可以被后处理，比如其可以被乘以孔径掩模。如果在步骤b2中在调节成像特征时该数字孔径被选择得大于要模拟的光刻扫描仪的数字孔径，那么这是必要的。

如果这些步骤针对全部N个照明调节而实施，那么在步骤a3中由此所获得的、在瞳孔平面和图像平面中的N个相位和幅度就被组合，并被传输给另一处理，其中它或者是用于优化以及监控掩模制造过程或光刻过程的模拟(方框C)，或者是反向衍射问题的解决(方框D)。该步骤c1、c2、以及d1在此可以理解为可选项。

在步骤c1中，光刻扫描仪鉴于优化并监控该掩模制造过程而被模拟，使得形成了掩模结构，在扫描中所述掩模结构在该图像平面中造成180°相位跳跃。代替地，也可以在步骤c2中模拟多个光刻扫描仪，其中其具有不同的照明和成像特征。这些被模拟的光刻扫描仪然后同样鉴于180°相位跳跃的产生而被优化。

最后还可以在步骤d1中由在步骤a3中所综合的数据来计算光刻掩模的三维结构。

参考符号列表

1       照明装置

2       物体

3       焦点平面

4       明场光阑

5，6    透镜

7       探测器

8       位置频率过滤器

9       存储器模块

10      分析模块

Claims (31)

1.用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的方法，其中

-生成图像，其方式是

a.该物体利用照明装置的相干的光线被照射，并在图像平面中被成像，

b.光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，

c.其中针对每个像素确定光线的强度，将其按图像点存储，并且把这些图像点分配给图像，

-首先生成一个第一图像，以及然后生成至少另一图像，其中该光线的相位和/或幅度以预给定的方式被改变，并且所述改变对于每个图像都与对于其余图像的改变不相同，以及

-由所生成的图像来位置分辨地确定在该图像平面中物体成像的相位，

-其特征在于，

-光线的相位和/或幅度在物体与图像平面之间的瞳孔平面中通过位置频率过滤而被改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置频率过滤通过引入至少一个位置频率过滤器来进行。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用于改变相位和/或幅度的所述至少一个位置频率过滤器在光路中围绕光轴和/或围绕垂直于该光轴的、与该光轴相交的一个旋转轴线被旋转，和/或垂直于该光轴被移动。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，使用单透镜、微透镜阵列、西门子星、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅作为至少一个位置频率过滤器。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，非周期性地和/或统计地来选择透镜在该微透镜阵列上的位置。

6.根据权利要求2至5之一所述的方法，其特征在于，在位置分辨地确定相位之前，对该位置频率过滤器进行校准。

7.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在所述生成之后对每个图像的图像点应用强度加权函数，该强度加权函数改变强度值，使得在该图像周期性延伸的情况下在图像中的强度的曲线对应于连续的、优选为连续可微分的函数。

8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，在所述生成之后对每个图像的图像点

-应用至频率空间的变换，以及

-对被变换到频率空间的图像点应用瞳孔加权函数，其中该瞳孔加权函数在瞳孔的边缘向外连续地、优选为连续可微分地下降到零。

9.根据权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在该光路中将明场光阑引入到该照明装置的物体平面中。

10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，生成其他的图像，其中附加地改变光线到该物体的入射角。

11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，生成其他的图像，其中该物体利用预给定偏振的光线被照射，并且该光线与偏振相关地被探测。

12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，该光线的相位和/或幅度附加地还通过散焦被改变。

13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在位置分辨地确定相位之前，在单色像差方面进行校准。

14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在生成图像之前，进行用于补偿随机的散焦的校准。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在生成每个图像之前实施所述的校准。

16.用于位置分辨地确定在物体成像的图像平面中电磁场的相位和幅度的装置，包括

-具有发射相干的光线的光源的照明装置、对于物体的支架、成像光学装置、进行位置分辨的具有像素的探测器、存储器模块、以及分析模块，

-其中该装置生成图像，其方式是

a.该物体利用相干的光线被照射，并通过该成像光学装置被成像到该图像平面中，

b.该光线在该图像平面中位置分辨地按像素被探测，

c.其中为每个像素确定光线的强度，并将其在存储器模块中按图像点来存储，并把这些图像点分配给图像，

-其特征在于，

-在该成像光学装置中设置有至少一个在光路中可耦合入瞳孔平面中的位置频率过滤器，其中利用该位置频率过滤器来改变该光线的相位和/或幅度，

-该装置生成一个第一图像以及至少另一图像，其中该光线的相位和/或幅度以预给定的方式通过该位置频率过滤器被改变，并且所述改变对于每个图像都与其他图像的改变不相同，

-以及该分析模块处理所存储的图像，并且位置分辨地确定在图像平面中物体成像的相位。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，该被耦合入的位置频率过滤器围绕该光轴和/或围绕与该光轴垂直并相交的旋转轴线可旋转地、和/或垂直于该光轴可移动地设置。

18.根据权利要求16或17之一所述的装置，其特征在于，作为至少一个位置频率过滤器，设置有单透镜、微透镜阵列、西门子星、螺旋过滤器、透射光栅或者相位光栅。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，透镜在该微透镜阵列上的位置非周期性分布地和/或统计地分布。

20.根据权利要求16至19之一所述的装置，其特征在于，在该分析模块中进行相位恢复方法。

21.根据权利要求16至20之一所述的装置，其特征在于，在该照明装置的光路中在物体平面中设置有明场光阑。

22.根据权利要求16至21之一所述的装置，其特征在于，该支架沿着该光轴是可移动的。

23.根据权利要求16至22之一所述的装置，其特征在于，设置有用于调节光线在该物体上的入射角的调节装置。

24.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述调节装置包含有两个可相对移动的光学元件。

25.根据权利要求16至24之一所述的装置，其特征在于，在照明装置与物体之间设置有起偏振器，并且在成像光学装置与探测器之间设置有检偏振器。

26.根据权利要求16至25之一所述的装置，其特征在于，该成像光学装置和/或该照明装置的光学特性基本对应于要模拟的光刻扫描仪的光学特性。

27.根据权利要求16至26之一所述的装置的应用，该装置被应用于模拟光刻扫描仪的成像特性。

28.根据权利要求16至26之一所述的装置的应用，该装置被应用于确定光刻扫描仪的空间构造。

29.根据权利要求16至26之一所述的装置的应用，该装置被应用于确定光刻扫描仪的Jones矩阵。

30.根据权利要求15至25之一所述的装置的应用，该装置被应用用于匹配并调节光刻掩模的制造过程，使得在其成像于该图像平面中时在由该掩模结构所给定的位置上生成180°的相位跳跃。

31.根据权利要求16至26之一所述的装置的应用，该装置被应用于为一个给定的光刻掩模来匹配并调节光刻扫描仪的成像特性，使得在其成像于该图像平面中时在由该掩模结构所预给定的位置上产生180°的相位跳跃。

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