CN102203676B - 散射仪和光刻设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于测量衬底的性质的散射仪，包括焦距感测布置，其包括引导第一辐射束到聚焦布置上的布置(65)，以通过聚焦传感器布置(61)检测。聚焦控制器(67)提供表示聚焦布置(15、69)和衬底(W)的相对位置的控制信号，其中需要所述相对位置以将第一辐射束聚焦在衬底上。致动器布置依赖于控制信号调整聚焦布置的位置。照射布置使用聚焦布置引导第二辐射束到衬底上，测量检测器(18)在辐射束从衬底反射之后检测第二辐射束。焦距偏离布置调整由聚焦布置产生的焦距，以补偿第一辐射束和第二辐射束的聚焦之间的偏离。

Description

散射仪和光刻设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年11月7日递交的美国临时申请61/112,289的优先权，此处通过引用全文并入。

技术领域

本发明涉及可应用于例如利用光刻技术的器件制造中的检验方法和使用光刻技术制造器件的方法。尤其地，本发明涉及散射仪的方法和设备。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是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的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。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。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个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所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，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的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监测光刻过程，需要测量图案化的衬底的参数，例如形成在衬底上或衬底内的连续层之间的重叠误差。已有多种技术用于测量在光刻过程中形成的显微结构，包括使用扫描电子显微镜和多种专门工具。一种专用检验工具的形式是散射仪，其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上并且测量散射或反射束的性质。通过比较束在被衬底反射或散射前后的性质，可以确定衬底的性质。例如通过将反射束同与已知衬底性质相关的已知测量值的库中存储的数据比较，可以确定衬底的性质。已知两种主要类型的散射仪。光谱散射仪引导宽带辐射束到衬底上并且测量散射到特定的窄的角度范围内的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角度分辨散射仪使用单色辐射束并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

为了测量光谱，反射的辐射束必须被聚焦到散射仪检测器上。因为难以使用用于散射仪测量的宽带辐射束来确定在目标之上物镜的理想高度以实现最佳聚焦，现有技术使用特殊的具有其自身的窄带辐射源的聚焦传感器来执行必要的测量。随后测量的值被用于控制物镜的位置以将目标保持在理想焦距处和确定散射仪中的用于参照和校准的基准的高度。然而，本申请的发明人认识到，在这种布置中存在问题，即通过聚焦传感器测量的物镜的最佳位置可能不与散射仪检测器的最佳聚焦位置精确地匹配。

发明内容

本发明旨在提供一种至少消除上述问题的使用散射仪的检验方法。

根据本发明的第一方面，提供一种散射仪，配置成测量衬底的性质，散射仪包括：聚焦布置；聚焦传感器；聚焦控制器，响应于所述聚焦传感器以提供有效地引起致动器布置调整所述聚焦布置和衬底的相对位置的控制信号，其中需要所述相对位置、以在调整过程期间聚焦辐射束；和焦距偏离布置，适于提供偏离给聚焦布置产生的焦距，以补偿在所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和在使用散射仪期间的散射仪的聚焦之间的差异。

根据本发明的第二方面，提供一种使用散射仪测量衬底的性质的散射测量方法，包括：调整过程，包括确定聚焦辐射束所需的所述聚焦布置和所述衬底的相对位置、提供表示所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置的控制信号、和依赖于所述控制信号调整所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置以引起所述聚焦；和提供偏离给由聚焦布置产生的焦距以补偿所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和使用散射仪期间散射仪的聚焦之间的差异。

根据本发明的第三方面，提供一种器件制造方法，包括：使用光刻设备以在衬底上形成图案；和使用散射仪确定与通过所述光刻设备印刷的图案的参数有关的值，包括：调整过程，所述调整过程包括确定聚焦辐射束所需的所述聚焦布置和所述衬底的相对位置、提供表示所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置的控制信号、和依赖于所述控制信号调整所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置以引起所述聚焦；和提供偏离给由聚焦布置产生的焦距，以补偿所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和使用散射仪期间散射仪的聚焦之间的差异。

附图说明

下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的标记表示相应的部件，在附图中：

图1示出光刻设备；

图2示出光刻单元或光刻簇；

图3示出第一散射仪；

图4示出第二散射仪；

图5示出第三散射仪，其示出传感器台和晶片台的细节；

图6示意地示出并入到在根据本发明的散射仪的第一实施例中使用的图5中示出的散射仪中的光学布置；

图7是表示根据本发明的第一实施例的图5和6中的散射仪的操作流程图；

图8是表示根据本发明的第二实施例的图5和6中的散射仪的操作流程图。

具体实施方式

图1示意地示出了一光刻设备。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与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装置PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，其构造成用于保持衬底(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装置PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，其配置成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。

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、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

所述支撑结构支撑，即承载图案形成装置的重量。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、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、静电的或其它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”应该被广义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的目标部分上的所需图案完全相符(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。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，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。

这里使用的术语“投影系统”应该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，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

所述光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体覆盖(例如水)，以便填满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术在本领域是熟知的，用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。

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SO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，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/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。在其它情况下，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、以及如果需要时设置的所述束传递系统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IL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可以包括各种其它部件，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。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统将辐射束B聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、2-D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，例如以便将不同的目标部分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装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置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装置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)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(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，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(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动态曝光中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掩模台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。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)的无掩模光刻术中。

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(有时也称为光刻元或者光刻簇)的一部分，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板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，然后在不同的处理设备之间移动所述衬底，然后将衬底移动到光刻设备的进料台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性质，例如连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对后续衬底的曝光进行调整(尤其是如果检验能够即刻完成或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，可以仅对那些完好的目标部分进行进一步曝光。

检验设备用于确定衬底的性质，并且尤其用于确定不同衬底或相同衬底的不同层的性质是如何层层变化的。检验设备可以集成到光刻设备LA或光刻单元LC或可以是单独的装置。为了实现最快速的测量，期望检验设备在曝光后立即测量曝光后的抗蚀剂层的性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度，即在抗蚀剂的已经被辐射曝光的部分和那些还没有曝光的部分之间折射率仅存在非常小的差异，并且不是所有的检验设备具有足够的敏感度进行潜像的有用的测量。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未曝光部分已经被去除的点上，或者在诸如刻蚀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。

图3示出散射仪，其可以用于本发明。散射仪包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底W上。反射的辐射通至光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(强度是波长的函数)。通过这个数据，引起检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU(例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或通过与图3底部示出的模拟光谱库进行比较)进行重建。通常，对于所述重建，已知所述结构的通常形式，且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测量数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

可以用于本发明的另一个散射仪如图4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系统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30的两维角散射光谱。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，辐射束的一部分透射通过所述分束器、作为参考束朝向参考反射镜14。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上。

一组干涉滤光片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干涉滤光片。

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，所述强度离散地对应多个波长，或者所述强度在一个波长范围上分布。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。

能够采用给出大集光率的宽带光源(即具有宽的光频率范围或波长以及由此而生的色彩)，由此允许多个波长的混合。在宽带上的多个波长优选每个具有*8的带宽和至少2*8(即波长的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经用光纤束被分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，角度分辨散射光谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量包含比二维光谱更多的信息的三维光谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加量测工艺的鲁棒性。这在EP1,628,164A中进行了更详细的描述。

衬底W上的目标30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。该图案对于光刻投影设备(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其自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射测量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单元PU根据印刷步骤和/或其他的散射测量工艺的知识实现。

参照图5，图中显示了图4中示出的散射仪的结构。散射仪通过基部框架51支撑，基部框架支撑线性Y台53，线性Y台53被支撑用于沿图中箭头所示方向移动，并且基础框架支撑线性X台55，线性X台55被支撑用于在图中的平面内移动。线性Y台53承载旋转台57，其依次承载将在设备中用来承载晶片W的晶片台59。如图4所示，设置散射仪传感器18，其由线性X台55支撑以便沿X方向是可移动的。

为了通过物镜系统15在衬底上提供辐射束的在线聚焦，散射仪包括聚焦感测布置。尤其地，提供聚焦传感器61，其被散射仪传感器18承载并且可与其一起移动，聚焦传感器61又承载控制物镜系统15(如图4所示)的位置的物镜台63。布置聚焦照射系统65以引导辐射束(图中箭头所示)至聚焦传感器61上。束将通过物镜系统15到晶片W上。聚焦控制器67在处理单元PU的控制下有效地提供控制信号给物镜台63中的致动器(未示出)，以便控制在Z方向上的物镜布置的移动，如图中箭头所示，以将聚焦照射系统提供的辐射聚焦到晶片上并将由晶片台59上的晶片W反射的辐射聚焦回到聚焦传感器61上。

然而，正如发明人所认识到的，然而上述的布置存在问题，由聚焦传感器61测量的最佳焦距测量值不必然与测量从晶片反射的辐射光谱以便监测例如临界尺寸(CD)或重叠(OV)时由散射仪传感器18实施的测量所需的最佳焦距匹配。这可以是因为散射仪传感器18和聚焦传感器61由于不同的辐射波长或由于不同原理的(例如电容随光学对比度变化)不同光学设计所使用的不同的测量技术、晶片台59上的晶片的不同晶片相互作用或不同应用(例如CD和OV测量之间)的最佳焦距的不同定义。由于时间限制，不可能在设备的散射仪测量期间通过聚焦传感器61执行进一步测量。尤其地，聚焦控制系统使用的采样将通常具有典型的2KHz的带宽，这比用于散射测量的测量值的辐射带宽小很多。

根据本发明的一个实施例，在散射仪测量期间Z方向上的聚焦传感器的位置被调整，以在不需要线性化聚焦传感器的情况下补偿聚焦传感器和散射测量传感器18的焦距之间的偏离。

参照图6，该图示出用于上述的焦距感测布置的光学布置中的一部分光学部件的位置，其可以用于根据本发明的一个实施例的散射仪。可以认识到，在图6中，晶片W是图5中示出的散射仪中的晶片W，而透镜69表示图5中示出的物镜布置15，透镜71是焦距感测布置的聚焦透镜。还将认识到，一些光学部件，尤其是用于将被晶片反射的辐射分束、使得仅来自聚焦照射系统65的辐射通过聚焦透镜71的分束布置。

从晶片W反射的通过透镜69、71的辐射被反射镜73分束产生两个束，束1和束2。设置相应的检测器75和77来检测束1和束2。束1通过孔79到检测器75上，而束2在从反射镜83反射之后通过孔81到检测器77上，检测器75、77、孔79、81以及反射镜73、83一起形成图5中的聚焦传感器61的一部分。图6还示出了每个束(束1和束2)的相应的焦平面85、87的位置。晶片W和用于束1的焦平面85之间的光学路径长度将等于晶片W和用于束2的焦平面87之间的光学路径长度。孔79、81和相应的焦平面85、87之间的距离对于束1和束2将是相等的。

使用两个束，束1和束2，实现感测束离开晶片W上的焦距位置的任何偏差以及检测任何散焦的事实。具体地，在最佳焦距处，通过孔79、81的光的量是相等的，因而检测器75、77的输出S1、S2也是相等的。换句话说，S1＝S2，并且S1-S2＝0。如果晶片W不在最佳焦距处，S1和S2变成不相等并可以检测出来。随后使用图5中示出的物镜台63移动物镜69在物镜布置15中的位置，直到S1和S2变为再次相等，晶片W处于最佳焦距处，其中对于散射测量和对准测量、物镜69处于晶片W之上的最佳高度处。如上所述，相对于现有技术，现有技术的布置存在问题，在聚焦传感器和散射测量传感器的焦距之间存在差异，其可能是基于机器的、产品的和/或工艺的。

参照图7，根据本发明第一实施例，离线或脱机执行参照测量以确定焦距感测布置确定的焦距和在特定散射测量操作中使用的特定辐射束所需的焦距之间的偏离。这在图7中用步骤S71表示。通过聚焦传感器61和散射仪传感器18测量的入射到晶片W上的束的焦距测量值之间的偏离可以在不需要重新调整系统的情况下在散射仪在线操作期间在当前基础上在步骤S72中被校正。

可以在焦距感测布置或在散射仪传感器18中执行偏离的校正。在特定实施例中，在图6中示出的光学布置中，聚焦透镜71的位置(在现有技术的布置中通常是保持静止的)可以被调整以改变焦平面85、87相对于相应的孔79、81的位置。这种位置调整可以通过相同的调整物镜69的位置的致动器来完成、或通过单独的致动器来完成。在使得束1中的焦平面85偏移至较靠近孔79的情形中，相对于检测器77产生的信号，检测器75将产生较大的信号。因此，S1将大于S2。信号的差，S1-S2可以被聚焦控制回路中的控制器67使用以调整物镜69的位置，其将又影响焦平面85的位置。控制回路将再次移动物镜69，直到S1和S2相等并且焦平面85回到其原始位置。将可以看到，与不应用偏离相比，通过这个过程相对于晶片W不同地定位物镜69。这将影响散射仪传感器18和通过聚焦传感器61实施的测量所实现的对准功能两者的焦距。

替换地，孔79、81的位置可以调整。一旦已经校正偏离，则聚焦控制器67确保通过移动物镜台63，由散射仪传感器系统18中的检测器75、77实施的测量采用校正的焦距位置。虽然聚焦系统检测最佳焦距的位置，即S1＝S2，引入偏离用于聚焦传感器外侧的测量系统。

参照图8，在根据本发明的替换的实施例中，代替调整第一实施例中的光学部件，可以对聚焦控制器67提供至物镜台63中的致动器的信号执行软件校正。与第一实施例一样，在步骤S81中，离线或脱机实施参照测量，以确定焦距感测布置确定的焦距和在特定散射测量操作中所用的特定辐射束所需的焦距之间的偏离。在随后的在线散射测量操作中，如步骤S82所示，聚焦控制器67在处理器PU的控制下，随后被布置用以提供修正的控制信号，其代替使得S1与S2相等，使得它们具有等于偏离值的差值。这随后被用于控制物镜台63中的致动器，以将物镜系统的位置调整为由聚焦控制器确定的考虑所述偏离的最佳焦距的位置。然而应该认识到，此处本实施例的实施需要聚焦传感器61的输出和物镜系统的实际线性位移之间的理想地线性的已知关系。这将依赖于因素的数量，包括被测量的晶片W的结构。

应该认识到，聚焦传感器和散射测量传感器的焦距之间的偏离的校正将允许获得散射仪传感器18或聚焦传感器61的相对于最优焦距的较小的焦距误差，而不管是特定应用或聚焦系统。通过上述的晶片定位系统，这将导致散射仪的部件的更好的对准，由此将带来较精确的CD和/或OV测量。进一步，测量散射辐射的较好的聚焦还将带来更精确的CD和/或OV测量。通过上述的晶片定位系统，较好的聚焦将导致较尖锐的图像、用于晶片的对准，由此导致较小的对准误差。在OV测量的情形中，可以在晶片上方选择何处进行测量，因为最佳焦距将与晶片无关。

还应该认识到，对偏离的调整的可能性使得在设计聚焦传感器时更加灵活。因为传感器不需要提供最好的可用焦距，因为其可以在稍后进行校正。此外，可以改善散射测量传感器的动态范围，由此使得可以通过改变入射辐射的强度以例如测量由反射差的表面产生的光谱。偏离校正还将使得较容易将替换的聚焦传感器应用至上述的光学传感器，例如电容传感器，虽然其随后将需要提供不同的控制信号。在使用这种电容传感器的情况下，在调整过程中确定物镜的最佳焦点位置，电容传感器被用于确定晶片W和物镜69的相对位置。将偏离应用至由电容传感器产生的信号，以补偿调整过程和散射仪操作之间的测量特性的改变。

虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs(集成电路)，但是应该理解到，这里所述的光刻设备可以有其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将这里使用的任何术语“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)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容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。

虽然上面详述了本发明的实施例在光刻设备的应用，应该注意到，本发明可以有其它的应用，例如压印光刻，并且只要情况允许，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(UV)辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学部件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面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，或具有存储其中的所述计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

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 (16)

1.一种散射仪，配置成测量衬底的性质，所述散射仪包括：

聚焦布置；

焦距感测布置，所述焦距感测布置包括聚焦传感器；

聚焦控制器，响应于所述聚焦传感器以提供有效地引起致动器布置调整所述聚焦布置和衬底的相对位置的控制信号，其中需要所述相对位置以在调整过程期间聚焦辐射束；和

焦距偏离布置，适于提供偏离给聚焦布置产生的焦距，以补偿在所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和在使用散射仪期间所述散射仪的聚焦之间的差异。

2.如权利要求1所述的散射仪，包括：

有效地引导辐射束通过所述聚焦布置到所述衬底上的布置；

其中所述聚焦传感器适于在所述辐射束从所述衬底反射之后检测所述辐射束；和

所述焦距偏离布置适于提供偏离给聚焦布置产生的焦距，以补偿所述辐射束的聚焦和使用散射仪期间所述散射仪的聚焦之间的差异。

3.如权利要求2所述的散射仪，还包括测量检测布置，其中，所述焦距偏离布置包括：

有效地改变所述焦距感测布置和所述测量检测布置中的至少一个内的光学路径长度的布置。

4.如权利要求3所述的散射仪，其中，有效地改变所述光学路径长度的布置包括：

透镜布置，所述透镜布置插入在所述聚焦布置和所述衬底之间；和

致动器布置，有效地移动所述透镜布置、以便改变所述辐射束在所述衬底处反射之后被聚焦所在的位置。

5.如权利要求4所述的散射仪，其中，相同的致动器布置被布置成移动所述透镜布置和所述聚焦布置。

6.如权利要求4所述的散射仪，其中，提供不同的对应的致动器，以便移动所述透镜布置和所述聚焦布置。

7.如权利要求1所述的散射仪，其中，所述焦距偏离布置包括：

依赖于所述偏离、有效地改变所述控制信号的布置。

8.如权利要求1所述的散射仪，其中，所述聚焦传感器是电容传感器。

9.一种使用散射仪测量衬底的性质的散射测量方法，散射仪包括聚焦布置，所述散射测量方法包括步骤：

调整过程，包括步骤：

确定聚焦辐射束所需的所述聚焦布置和所述衬底的相对位置；

提供表示所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置的控制信号；和

依赖于所述控制信号调整所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置以引起所述聚焦；和

提供偏离给由聚焦布置产生的焦距，以补偿所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和使用散射仪期间所述散射仪的聚焦之间的差异。

10.根据权利要求9所述的方法，包括步骤：

引导辐射束通过所述聚焦布置到所述衬底上；

在所述辐射束从所述衬底反射之后检测所述辐射束；和

提供偏离给由聚焦布置产生的焦距，以补偿所述辐射束的聚焦和使用散射仪期间所述散射仪的聚焦之间的差异。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供偏离的步骤包括：

改变用于执行所述散射仪的所述焦距感测的布置和用于执行所述测量检测的布置中的至少一个布置内的光学路径长度。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，提供偏离的步骤包括：

依赖于所述偏离改变所述控制信号。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述辐射束从所述衬底反射之后检测所述辐射束的散射测量步骤之前首先执行引导辐射束通过所述聚焦布置到所述衬底上的聚焦步骤，以提供用于随后的散射测量步骤中的所述偏离的值。

14.一种光刻设备，包括：

照射光学系统，布置用以照射图案；

投影光学系统，布置用于将图案的图像投影至衬底上；和

根据权利要求1所述的散射仪。

15.一种光刻单元，包括：

涂覆器，布置用以用辐射敏感层涂覆衬底；

光刻设备，布置用以将图像曝光到衬底的通过涂覆器涂覆的辐射敏感层上；

显影器，布置用以将光刻设备曝光的图像显影；和

根据权利要求1所述的散射仪。

16.一种器件制造方法，包括步骤：

使用光刻设备以在衬底上形成图案；和

使用散射仪确定与通过所述光刻设备印刷的图案的参数有关的值，散射仪包括聚焦布置，所述使用散射仪确定的步骤包括：

调整过程，包括步骤：

确定聚焦辐射束所需的所述聚焦布置和所述衬底的相对位置；

提供表示所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置的控制信号；和

依赖于所述控制信号调整所述聚焦布置和所述衬底的所述相对位置以引起所述聚焦；和

提供偏离给由聚焦布置产生的焦距，以补偿所述调整过程期间所述散射仪的聚焦和使用散射仪期间所述散射仪的聚焦之间的差异。

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