CN102414615A - 用于校准位置测量设备的方法和校准掩模 - Google Patents

Abstract

一种校准用于光刻掩模(12)上的测量结构(14)的位置测量的设备(10)的方法，包括以下步骤：通过利用干涉测量确定衍射结构(42)相对于彼此的位置，从而验证包括布置在其上的衍射结构(42)的校准掩模(40)合格；利用所述设备，确定布置在所述校准掩模(40)上的测量结构(14)相对于彼此的位置；以及通过针对所述测量结构(14)所确定的位置以及针对所述衍射结构(42)所确定的位置，校准所述设备(10)。

Description

用于校准位置测量设备的方法和校准掩模

技术领域

本发明涉及对用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备(下文也称为位置测量设备)进行校准的方法、用于校准此类型的设备的校准掩模、以及包括此类型的校准掩模的校准掩模组。此外，本发明还涉及包括用于位置测量的设备与此类型的校准掩模的布置、此类型的校准掩模的用途、以及测量微光刻掩模的方法。

背景技术

对光刻掩模上的测量结构(例如对准标志)的高精度位置测量属于掩模度量学的中心任务。其也称为光掩模图案布置(PPPM：photomask patternplacement)。通过测量结构的测量，以高精度产生了对掩模的实质测量。这是在使用电子束写入器的掩模写入处理中使掩模上的结构完全达到定位精度的核心先决条件。此外，现有掩模组的测量结构的测量可以验证用于各个独立(individual)光刻层的不同掩模的结构位置相对于彼此的偏差合格。掩模与掩模间的结构位置的偏差也称为“覆盖(overlay)”。在上述意义中，掩模通常也称为掩模母版。

当掩模结构的尺寸随着技术节点的进展而减小时，对掩模结构的位置测量的要求也不断提高。此外，由于诸如双图案化(double patterning)的技术，显著增加了掩模对掩模的覆盖的要求以及结构定位的要求。因为掩模组的各个独立掩模越来越多地由不同的掩模制造公司(通常遍布全世界)生产，并由不同的位置测量设备(也称为“配准设备(registration apparatus)”)测量，所以各个独立位置测量设备相对于彼此的配合越来越重要。

光刻掩模上的位置确定传统上仅基于干涉长度测量。为此目的，通过显微图像检测掩模的对准标志的位置。通过定位台，连续地将掩模的各个独立对准标志移动到像场的中心，并通过边缘阈值或通过相关(correlation)方法确定各个对准标志的位置。因而，通过确定定位台在测量之间所覆盖的距离，来确定与前次测量的对准标志相距的距离。定位台所覆盖的距离通过干涉长度测量来确定。

位置测量设备的校准传统上通过自一致性(self-consistency)测试来进行。在此情况下，在不同的插入位置和旋转位置测量校准掩模。根据准冗余(quasi-redundant)测量数据记录，可将校准掩模上的对准标志的位置误差与位置测量设备的固有误差分开。位置测量设备的固有误差继而被用于校准位置测量设备。

位置测量设备的误差的典型来源是干涉仪误差以及干涉仪反射镜的倾斜与不平等。虽然通过上述校准方法可以考虑这样的误差，但这样的方法仍受制于位置测量设备本身的测量。特别地，这将导致以下所述的问题。

基于上述的各个校准方法无法辨识方法所固有的某些特定类型的误差。因此，不能通过简单的校准测量来检测和分开特定种类的误差。这样的误差的来源的示例为：不同的插入位置导致的其空间频率大于校准光栅的反射镜不平度、掩模的不正确位置、像场旋转、掩模不平等等。

传统通过提高测量的冗余来对抗此问题。然而，这样显著增加了测量开销。用于校准的测量开销因而随着精度要求和校准质量而提高。

通过将相同类型的各个独立位置测量设备彼此匹配，可以记录各个独立机器的故障。然而，并未识别出方法固有以及机器类型固有的系统误差。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于解决上述问题，具体地，在于提供一种校准方法和校准掩模，其可被用来以提高的精度校准用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备。

根据本发明的技术方案

本发明提供一种校准用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备的方法。根据本发明的校准方法包括以下步骤：通过利用干涉测量确定衍射结构相对于彼此的位置，从而验证包括布置在其上的衍射结构的校准掩模合格；利用所述设备确定布置在所述校准掩模上的测量结构相对于彼此的位置；以及通过针对所述测量结构所确定的位置以及针对所述衍射结构所确定的位置，校准所述设备。本申请的含义内的校准掩模不必仅用于设备的校准。如下面更详细说明的，根据一个实施例，具有相应衍射结构的产品掩模或有用掩模也可用作为校准掩模。根据另一实施例，校准掩模仅用于校准设备，而不包括要被成像到晶片上的产品结构。

在本申请的含义中，专用对准标志或要被成像到晶片上的其它有用结构或产品结构可作为测量结构。在一个实施例中，可以将测量结构作为所谓的“芯片中结构(in-die structure)”而包含在光刻掩模上。

本发明还提供一种校准掩模，用于校准用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备。根据本发明的校准掩模包括衍射结构，针对所述衍射结构的干涉位置测量，构造所述衍射结构。具体地，将校准掩模的衍射结构构造为能够利用波前检测实现衍射结构的位置的测量。此外，本发明提供了一种布置，其包括用于光刻掩模的测量结构的位置测量的设备以及此类型的校准掩模。

本发明还建议一种校准掩模的用途，其中，所述校准掩模包括布置在其上的衍射结构，用于校准用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备。针对所述衍射结构的干涉位置测量，构造所述衍射结构。

换言之，本发明提供了一种校准所谓“配准设备”的校准方法。此类型的“配准设备”用于微光刻掩模(即在用于微光刻的投射曝光设备中要被成像到半导体晶片上的掩模)上的测量结构的位置测量。根据本发明的校准方法的第一步骤涉及提供具有布置在其上的衍射结构的校准掩模。衍射结构被构造成使得可通过所述衍射结构的干涉测量来确定衍射结构的位置。衍射结构之间的距离可以非常小，或甚至为零，从而使各个独立衍射结构彼此合并。

在对衍射结构相对于彼此的位置进行这种干涉确定之后，通过位置测量设备确定布置在校准掩模上的测量结构的位置。在校准掩模上，除衍射结构外，还可以布置测量结构。作为替代，衍射结构本身也可用作测量结构。通过干涉测量所产生的位置数据记录以及通过位置测量设备所确定的位置数据记录于是被用于校准位置测量设备。

因此，特别地，根据本发明的衍射结构的干涉位置确定可以归于通过波前测量对校准掩模上的区域(areal)位置测量。通过这样的波前测量，可以使得衍射结构的位置测量精度好于2nm、尤其是好于1nm、0.5nm、或0.1nm。因此，根据本发明的方法提供了具有高绝对精度的参考方法。此外，与传统校准方法所采用的、通过图像检测和干涉长度测量进行的测量结构的测量相比，本方法基于完全不同的测量原理。使用这种不同测量方法能分开误差，从而可以提高位置测量设备的校准的绝对精度。

在根据本发明的校准方法的一个实施例中，当验证校准掩模合格时，将干涉仪的测量波辐照到校准掩模上，使得在衍射结构处以利特罗反射(Littrowreflection)反射它，并且将反射波与参考波叠加，用于产生干涉图案。可以将测量波构造为平面波。在利特罗反射的情况中，相对于测量波定向衍射结构，使得衍射结构处反射的波以特定衍射级返回到入射测量波的光束路径中。

根据本发明的另一实施例，将校准掩模相继地布置在相对于测量波的两个不同定向上，其中在所述两个定向中，在所述衍射结构处分别在利特罗反射中以不同的衍射级反射所述测量波。具体地，相继地定向校准掩模，使得分别在利特罗反射中以正和负衍射级反射测量波，在每个情况中，不同衍射级的绝对值相同。在一个实施例中，相继地倾斜校准掩模，使得以第一正(+1st)衍射级与第一负(-1st)衍射级对测量波进行利特罗反射。通过形成不同定向中的干涉测量之间的差别来确定衍射结构的位置。根据一个变型，因此将校准掩模相对于其表面法线旋转90°，并针对两个倾斜位置重复测量。根据两个旋转位置的测量，可以确定衍射结构在两个正交坐标方向上的位置。

在根据本发明的再一实施例中，提供另一校准掩模，它的衍射结构与所述第一校准掩模的衍射结构在结构类型上不同。通过干涉测量确定所述另一校准掩模的衍射结构的位置。根据为所述两个校准掩模的衍射结构所确定的位置，以依赖于结构类型的方式，确定系统误差；并通过在计算中排除由所述第一校准掩模的衍射结构的结构类型所导致的系统误差，来校正所述第一校准掩模的测量位置。在所述设备的校准期间，使用所述第一校准掩模的衍射结构的经校正的位置。这使得可以进一步提高校准精度。

在根据本发明的一个实施例中，第一校准掩模的衍射结构在结构类型上不同于另一校准掩模的衍射结构，即它们在几何形状和/或尺寸上不同。在根据本发明的另一实施例中，结构差异由以下事实产生：通过第一产生方法产生所述第一校准掩模上的衍射结构，以及通过与所述第一产生方法不同的第二产生方法产生所述另一校准掩模上的衍射结构。因此，例如，在一个产生方法中可以利用电子束写入产生衍射结构，而在另一产生方法中可以利用全息曝光产生衍射结构。

根据本发明另一实施例，通过衍射结构形成测量结构。这确保恰好在与验证校准掩模合格期间的干涉位置测量相同的坐标点处，进行利用位置测量设备对校准掩模的位置测量，因此位置测量数据可精确地彼此协调。这提高了校准精度。

在根据本发明的校准掩模的一个实施例中，衍射结构被构造来用于使所述衍射结构相对于彼此的位置的干涉测量达到小于2nm的精度，即具有好于2nm的精度，尤其是好于1nm。在该上下文中，精度可定义为3σ，即位置标准差的三倍。根据校准掩模上所有测量点的测量位置与相应期望位置之间的差来计算标准差。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构总共覆盖超过50％的可用掩模区域，尤其是超过70％。在根据本发明的一个实施例中，衍射结构总共覆盖超过设计为6英寸掩模的校准掩模的160cm²的面积。

在根据本发明的另一实施例中，校准掩模具有至少1000个衍射结构，尤其是至少2000个。因此，可以测量校准掩模上至少1000个测量点的位置，由此可以以相应的高分辨率对掩模进行实质测量。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构被分别构造为衍射光栅。在一个变型中，各个独立的衍射光栅的光栅元件相对于相邻光栅元件的距离小于1.5μm，尤其是小于1μm。如果衍射结构被构造为例如二维光栅，则各个独立的光栅元件由相应光栅线形成。应该将相邻光栅元件理解为具有相同定向且直接相邻的光栅线。在衍射结构被构造为棋盘式光栅的情况中，光栅元件是特定类型的棋盘式光栅的方形。从而相邻光栅间的距离表示在棋盘式图案的垂直或水平方向上、此类型的两个方形之间的距离。

在根据本发明的另一实施例中，将各个独立衍射光栅的光栅元件相对于彼此设置为小于3μm、尤其是少于2μm的周期距离。周期距离也可称为“间距(pitch)”。

在根据本发明的另一实施例中，每个衍射光栅具有至少100个光栅元件，尤其是至少200个或至少1000个光栅元件。优选地，这对于校准掩模的每个维度、即对于在掩模表面上的两个空间方向中的每个而言，是正确的。如此多的光栅元件可以实现衍射结构的高精度位置测量。

在根据本发明的另一实施例中，这些衍射结构在至少一个空间方向上各自具有超过200μm的范围，尤其是超过1mm的范围。优选地，衍射结构在掩模表面上的两个空间方向上都具有超过200μm的范围。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构被构造为用于在利特罗反射中反射入射角大于1°、尤其是大于10°或大于45°的可见光。作为替代，衍射结构可以被构造为用于在利特罗反射中反射所述入射角的UV光。

在根据本发明的另一实施例中，如上面已经所提及的，衍射结构可以各自具有棋盘式光栅。根据一个变型，所述光栅在掩模表面的每个空间方向上具有至少100个、尤其是至少1000个具有反射型方形区域的形状的光栅元件。

此外，衍射结构可以分别包括不同定向的多个一维线光栅。这样的结构也称为“拼接结构(parquet structures)”。在一个实施例中，这些拼接结构具有四个四分区(quadrants)，其中在第一和第三个四分区中，将一维线光栅分别布置在相同的定向上，而第二和第四个四分区分别具有相对于第一和第三个四分区的布置成正交定向的一维线光栅。线光栅的线长优选为至少100μm，尤其是至少500μm。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构包括环形光栅，其具有多个同心圆和/或相对于中心点的径向线。在一个变型中，环形光栅在校准掩模的整个可用区域上延伸。在此情况中，衍射结构形成单个环形光栅。同心圆优选不等距。根据一个变型，相邻同心圆之间的距离随着距环形光栅中心的径向距离的增加而线性增加。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构被构造为用于衍射可见光和/或更高频率波长范围的光。因此，将衍射结构构造为用于在与可见光和或更高频率波长范围(尤其是633nm、248nm、或193nm)的光相互作用时产生衍射效应。

如上面已经提及的，在根据本发明的一个实施例中，除了衍射结构，校准掩模还具有要被光刻地成像到晶片上的产品结构。在此其情况中，校准掩模被实施为所谓的产品掩模或有用掩模。

在根据本发明的另一实施例中，衍射结构分别是计算机产生的全息图(CGH)。初始通过要由CGH产生的干涉现象的计算机模拟确定这种CGH的结构。在此情况中，优化CGH结构，使得可以特别简单而又高精性地进行干涉位置确定。随后通过光刻方法(例如通过电子束写入)在校准掩模上产生CGH。

此外，本发明提供一种校准掩模组，其包括多个上述的校准掩模，其中不同校准掩模的衍射结构在结构类型上不同。这使得可以将衍射结构的制造误差与干涉测量设备的误差分开，并因此在计算中从测量结果中排除衍射结构的制造误差。

如上面关于根据本发明的方法所说明的，根据第一变型，不同结构类型在几何形状和/或尺寸上不同。根据另一变型，不同结构类型在产生衍射结构的方法上不同。

本发明还提供一种用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备，其被构造来用于以小于1nm、尤其是小于0.5nm或小于0.1nm的精度，测量任何测量结构相对于任何另一测量结构的位置。可以通过根据本发明的校准方法的校准来构造这样的精确测量设备。换言之，通过利用根据本发明的干涉位置测量而验证合格的校准掩模对位置测量设备的校准，可以提供具有上述精度的位置测量设备。如上面已经定义的，精度可被定义为3σ，即测量位置标准差的三倍。

关于根据本发明的校准方法的上述实施例所指定的特征可以被相应地应用到根据本发明的校准掩模或根据本发明的用途中。相对地，关于根据本发明的校准掩模的上述实施例所指定的特征也可以相应地应用到根据本发明的校准方法或根据本发明的用途中。

本发明还提供一种测量用于微光刻的掩模的方法。此方法包括以下步骤：提供在其上布置有衍射结构的掩模；以及通过干涉测量确定衍射结构相对于彼此的位置。此测量方法能够实现布置在掩模上的结构的高精度位置测量。所测量的用于微光刻的掩模的一个示例是上述校准掩模。具体地，也可测量具有要被成像到晶片上的产品结构的产品掩模。

在根据本发明的测量方法的一个实施例中，将干涉仪的测量波辐照到掩模上，使得在衍射结构处以利特罗反射反射测量波，并且将反射波与参考波叠加，用于产生干涉图案。根据一个变型，相继地将校准掩模布置在相对于测量波的两个不同定向上，在所述两个定向上，在衍射结构处分别在利特罗反射中以不同的衍射级反射测量波。根据关于本发明的校准方法所陈述的实施例和变型，测量方法的其它有利实施例是显而易见的。

附图说明

在以下参照附图对根据本发明的示例实施例的详细描述中说明了本发明的上述及其它有利特征，其中：

图1示出了用于光刻掩模上的测量结构的位置测量的设备的示意图；

图2示出了具有测量结构的这种光刻掩模的平面图；

图3示出了根据本发明的具有多个衍射结构的校准掩模的平面图；

图4示出了本发明的根据图3的衍射结构的第一实施例的基本图；

图5示出了本发明的根据图3的衍射结构的第二实施例的基本图；

图6示出了本发明的根据图3的衍射结构的第三实施例的基本图；

图7示出了本发明的用于根据图3的校准掩模的测量的干涉仪的截面图；以及

图8示出了在利用图7的干涉仪的测量期间、根据本发明的校准掩模的不同倾斜位置的图。

具体实施方式

在下述示例实施例中，结构或功能上类似的元件尽可能提供相同或类似的附图标记。因此，为了理解一个具体示例实施例的各个独立元件的特征，应参考其它示例实施例的说明或本发明的一般说明。

图1显示了用于光刻掩模12上的测量结构的位置测量的设备10。图2显示了具有示例测量结构14的光刻掩模12的平面图，其中测量结构14具有实施为十字结构的对准标志形状。在根据图2的图示中，为了清楚的目的，相对于光刻掩模12以极度放大的方式显示了测量结构14。为了辅助说明，图中使用笛卡儿xyz坐标系统，所述系统显示附图中所示的组件的各个位置关系。在图1中，x方向朝右，y方向垂直于图面平面并向内，z方向朝上。替代地，要成像到晶片上的有用结构或产品结构也可作为测量结构14。因此，例如，也可将测量结构14作为所谓的“芯片中结构”包含在光刻掩模12上。

位置测量设备10通常也称为“配准设备”或“布置度量设备(placementmetrology apparatus”，其包括定位台形状的掩模支撑体16，其可根据图1所示的坐标系统在x-y平面位移。此外，位置测量设备包括长度干涉仪形状的距离测量模块18，用于确定掩模支撑体16在其位置改变期间的行进。

位置测量设备10还包括记录装置20，这里示意地显示了记录装置20的测量物镜22和二维检测器24。此外，记录装置20包括光束分隔器26和照明源28，从而可以利用反射光照明来记录插入到掩模支撑体16中的光刻掩模12上的测量结构14。照明源28所发射的光波长可以在可见光范围中，例如约633nm，或者在UV范围中，例如365nm、248nm、或193nm。除所示的反射光照明外，也可以透射光模式操作位置测量设备10，其中来自照明源28的光辐照穿过光刻掩模12。

在位置测量设备10的操作期间，通过掩模支撑体16在x-y平面上的相应位移，将各个独立的测量结构14连续地移动到记录装置20的像场中心。因此，通过评估模块30评估由检测器24记录的像，来确定各个测量结构14的位置。这通过确定各个测量结构14的像中的边缘阈值或者通过相关方法来完成。通过距离测量模块18的长度干涉仪所检测的掩模支撑体16的行进，检测距之前分别测量的测量结构14的距离。根据此信息，可以高确度测量光刻掩模12上的测量结构14相对于彼此的距离。

为了进一步提高设备10的位置测量精确度，根据本发明，首先通过根据本发明方法验证图3所示的校准掩模40合格，并从而将所述校准掩模40用于校准位置测量装10。具体地，此校准用于消除距离测量模块18的干涉仪误差，诸如余弦误差，由于与长度相关的光束形状分布、以及干涉仪反射镜的倾斜和不平所产生的误差。

根据本发明的校准掩模40包括多个衍射结构42，其针对衍射结构42的干涉位置测量而构造，如下面更详述说明的。衍射结构42在校准掩模40的整个可用区域上分布为密集光栅，如图3示意性地示出的。在6英寸掩模的情况下，在一个变型中，布置有超过1000个、优选超过2000个此类型的衍射结构42。在此情况下，所有衍射结构42一起覆盖超过160cm²的面积。合适的校准掩模40包括所有传统掩模类型，尤其是具有光阻结构的掩模、COG掩模、MoSi掩模、以及具有石英结构的掩模。在校准掩模40的一个实施例中，分别相邻的衍射结构42之间的距离小于1mm。这有利于干涉测量的评估。衍射结构42之间的距离甚至可变为零，其中各个独立的衍射结构彼此合并，从而包含各个独立衍射结构的衍射整体结构有效地覆盖了校准掩模40的主要区域或甚至整个可用掩模表面。

图3中所示的校准掩模40仅用于校准设备10。然而，作为替代，校准掩模40也可被实施为除了衍射结构42外还具有所谓产品结构的产品掩模或有用掩模。通过用于微光刻的投射曝光设备将这样的产品结构成像到晶片上。在此情况下，具体地，衍射结构42一起有利地覆盖了比上面指示的区域小的区域。在此情况中，校准掩模40也仅用于校准，在一个实施例中，衍射结构42所覆盖的面积可比上面指示的区域小。

图4显示了根据图3的衍射结构42的第一实施例，其形状为所谓的拼接结构42a。拼接结构42a具有四个四分区，每个四分区具有反射型的一维线光栅44。在此情况中，两个对角相对的四分区的线光栅44水平定向，而其余两个四分区的线光栅44垂直定向。图4以代表方式显示了拼接结构42a。在根据本发明的一个优选实施例中，线光栅44包括比图4所示多得多的线形状的结构元件46a，即，优选每个线光栅44具有100至200条线。所述线的长度大于100μm。拼接结构42a因此在x方向和y方向上都延伸超过200μm，典型超过1000μm。各个独立线46a之间的距离d小于1.5μm，尤其是约为1μm。周期距离(也称为间距p)小于3μm，尤其是小于2μm。因此针对可见光的衍射，设计拼接结构42a，其中，可在大于1°的入射角处产生具有第一衍射级的利特罗反射。

利特罗反射意指利用在衍射结构的反射衍射的入射波的特定衍射级返回到入射波的光束路径中，如下面所详述的。

图5显示了根据图3的衍射结构40的另一实施例，其具有棋盘式光栅42b的形状。在根据本发明的该实施例中，棋盘式光栅42b优选同样包含大量具有反射型方形区46b的形状的结构元件。在根据本发明的一个实施例中，每个衍射结构在x方向和y方向上的方形区46b的数量至少是100个，尤其是至少1000个，因此，显著地大于图5中以代表方式所示出的。各个独立方形区之间的距离d(类似于图4的距离d)在水平方向和垂直方向上都优选小于1.5μm，尤其是小于1μm。棋盘式光栅42b优选在x方向和y方向上都具有1mm的最小范围。

图6显示了作为衍射结构42的构造的另一可能性的环形光栅42c。与图3所示的不同，环形光栅42c在校准掩模40的整个掩模区上延伸。因此，根据图3的各个独立衍射结构42彼此合并，而由环形光栅42c形成。环形光栅42c包括反射型同心圆46c以及相对于环形光栅42c中心点的反射型径向线48c的形状的结构元件。根据所需的位置信息，环形光栅42c也可以仅包括同心圆46c或径向线48c。同心圆46c之间的距离d不一定等距；根据一个变型，所述距离从环形光栅的中心随着径向距离的增加而线性或二次方地递减。各个独立同心圆46c之间的距离d介于1和100μm之间。

根据本发明的一个实施例，通过以多个平面波、球面波、或其它任意但规定的波的干涉或全息曝光，产生依据图4至图6的衍射结构。因此可以避免发生高阶像差。作为替代，也可以通过电子束写入器将衍射结构产生在校准掩模40上。衍射结构42也可以具有比图4至图6更复杂的形式。具体地，可以将衍射结构42构造为成计算机产生的全息图(CGH)。

图7显示了用于验证校准掩模40合格的干涉仪50。干涉仪50包括光源52、分束器58、以及干涉仪相机72。光源52产生照明辐射54。照明辐射54具有足以执行干涉测量的相干光。照明辐射54可以由例如氦氖激光器产生，并因此具有约633nm的波长。然而，作为替代，也可以提供所有其它波长范围的照明辐射54，尤其是UV波长范围，例如365nm、248nm、或193nm。照明辐射54由光源52所产生，具有基本平面的波前，沿干涉仪50的光轴56传播，并穿过分束器58。

照明辐射54因此照射到具有菲左(Fizeau)表面62的菲左元件60上。照明辐射54的一部分在菲左表面62上反射作为参考波64。照明辐射54穿过菲左元件60的部分进一步沿着光轴56传播作为具有平面波前68的入射测量波66，并照射到校准掩模40的表面上。校准掩模40被相继地布置在相对于光轴56的两个不同倾斜位置上。

图8显示了这两个倾斜位置，其中，图上部所示的倾斜位置对应于依据图7的校准掩模40的倾斜位置。在此倾斜位置中，校准掩模40的表面法线与光轴56之间的倾斜角α被设定为使得在校准掩模40的衍射结构42处以正第一衍射级，利特罗反射入射测量波66。换言之，在衍射结构42处反射的测量波的第一衍射级作为反射波70返回到入射测量波66的光束路径中。通过分束器58将反射波70引导到干涉仪相机72上。由所述相机通过物镜系统74将反射波70成像到相机芯片78的检测表面76上。由于与参考波64的叠加，检测表面76上产生干涉图案，由评估模块80储存所述干涉图案。根据干涉图案，可以确定反射波70的波前与参考波64的波前的偏差，并因此可以测量反射波的波前。

如上面已经提及的，随后将校准掩模40设成图8的下部所示的倾斜位置，在此倾斜位置中，在衍射结构42处以负第一衍射级，利特罗反射测量波66。通过以负第一衍射级反射的波70与参考波64的叠加而产生在相机芯片78的检测表面76上的干涉图案，同样由评估模块80读入。

评估模块80通过形成两个干涉图之间的差异来评估校准掩模40的两个倾斜位置中产生的干涉图。这产生校准掩模40上的各个独立衍射结构42相对于彼此的x坐标。

特别地，所确定的坐标是衍射结构40的各个质心(centroids)的坐标，所述质心被关于衍射结构40的各个独立结构元件的衍射效应加权。对于对称的衍射结构，该加权的质心与几何结构的几何形心一致。如果将这些坐标与衍射结构42相对于彼此的预定期望距离比较，则可以确定衍射结构42的x坐标的位置误差。

随后将校准掩模40相对于其表面法线旋转90°，并对图8中的两个倾斜位置重复测量。评估模块80根据所得的干涉图计算校准掩模40上的衍射结构42的位置的y分量。接着计算衍射结构42的位置误差的相应y分量。

根据本发明的衍射结构42的干涉位置测量能够获得比传统的通过图像检测的测量结构的位置测量更高的精度。该更高精度的原因在于在干涉测量期间分别进行了各个独立结构元件46a、46b、和46c的位置平均。在衍射结构42对于所有结构元件具有固定位置误差的情况中，对于衍射结构42的干涉确定的位置出现偏移，相应地可在位置测量设备10的后续校准中考虑该偏移。为此目的，衍射结构42的各个独立结构元件的位置误差相对于所需的测量精度而言必须够小。如果不是这样的情况，作为替代，可以在多个结构元件上使用上述的加权质心，也称为组合值(ensemble value)。根据本发明，上述干涉位置测量方法的应用不限于校准掩模。因此，也可以对产品掩模提供衍射结构42，并通过干涉位置测量方法来测量产品掩模。

通过上述验证校准掩模40合格，可以高精度地确定校准掩模40上布置的衍射结构42的一组位置误差。以此方式验证合格的校准掩模40随后被插入到位置测量设备10中取代图1所示的光刻掩模12，并通过位置测量设备10相应地测量校准掩模40。在此情况中，测量了布置在校准掩模40上的测量结构相对于彼此的位置。根据图2，在校准掩模40上除了衍射结构42还可以布置测量结构，例如十字形式的测量结构。然而，作为替代，衍射结构42本身也可用作测量结构。在此情况中，衍射结构42的干涉测量的位置误差与由位置测量设备所测量的位置误差有1∶1的对应关系。

然后，基于干涉测量的误差组以及位置由测量设备本身所确定的位置来校准位置测量设备10。在此情况中，比较通过位置测量设备10进行的位置测量与在校准掩模40上通过高精度的干涉测量所确定的位置的偏差，并且确定相应的校准数据记录，其用于校正后续在光刻掩模测量期间确定的数据记录。

根据本发明的另一实施例，在位置测量设备10的校准期间，不仅使用单个校准掩模40而是使用这种校准掩模40的整个校准掩模组。各个独立的校准掩模40在衍射结构42的结构类型上不同。结构类型上的差别可以涉及几何形状、尺寸、或产生衍射结构42的方法。

因此，第一校准掩模40的衍射结构42可实施为例如根据图4的拼接结构42a，而在第二校准掩模40上衍射结构42被实施为图5所示的棋盘式光栅形状。第三校准掩模可配备有例如图6的环形光栅42c。其它校准掩模可以包含具有已经在另一校准掩模上使用的几何形状但具有不同尺度的衍射结构42。

此外，校准掩模在产生衍射结构的产生方法上可以不同。因此，在第一校准掩模上，例如可以通过电子束写入产生衍射结构，而在另一个校准掩模上，可以通过利用多个平面波的干涉/全息曝光来实现衍射结构的制造。如果接着通过上述干涉方法来验证不同校准掩模40的各个独立衍射结构的位置误差合格，则可以将衍射结构42的典型制造误差与测量设备10的误差分开。

附图标记列表

10位置测量设备

12光刻掩模

14测量结构

16掩模支撑体

18距离测量模块

20记录装置

22测量物镜

24检测器

26分束器

28照明源

30评估模块

40校准掩模

42衍射结构

42a拼接结构

42b棋盘式光栅

42c环形光栅

44一维线光栅

46a线

46b方形区

46c圆

48c径向线

50干涉仪

52光源

54照明辐射

56光轴

58分束器

60菲左元件

62菲左表面

64参考波

66入射测量波

68平面波前

70反射波

72干涉仪相机

74物镜系统

76检测表面

78相机芯片

80评估模块

Claims (33)

1.一种校准掩模(40)，用于校准用于光刻掩模(12)上的测量结构(14)的位置测量的设备，其中，所述校准掩模(40)包括衍射结构(42)，针对所述衍射结构(42)的干涉位置测量，构造所述衍射结构(42)。

2.如权利要求1所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)被构造来用于使所述衍射结构(42)相对于彼此的位置的干涉测量达到小于2nm的精度。

3.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)总共覆盖超过50％的可用掩模区。

4.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其具有至少1000个所述衍射结构(42)。

5.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)分别被构造为衍射光栅(42a、42b、42c)。

6.如权利要求5所述的校准掩模，其中，各个独立衍射光栅(42a、42b、42c)的光栅元件(46a、46b、46c、48c)相对于相邻光栅元件的距离小于1.5μm。

7.如权利要求5或6所述的校准掩模，其中，各个独立衍射光栅(42a、42b、42c)的光栅元件(46a、46b、46c、48c)被布置为相对于彼此具有小于3μm的周期距离。

8.如权利要求5至7中的任一项所述的校准掩模，其中，每个衍射光栅(42a、42b、42c)具有至少100个光栅元件(46a、46b、46c、48c)。

9.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)各自在至少一个空间方向上具有超过200μm的范围。

10.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)被构造为用于在利特罗反射中反射入射角大于1°的可见光。

11.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)各自具有棋盘式光栅(42b)。

12.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)各自包括多个不同定向的一维线光栅(44)。

13.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)包括环形光栅(42c)，其具有多个同心圆(46c)和/或相对于中心点的多个径向线(48c)。

14.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其中，所述衍射结构(42)被构造为用于衍射可见光和/或更高频率波长范围中的光。

15.如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模，其除了所述些衍射结构(42)之外还具有要被光刻地成像到晶片上的产品结构。

16.一种校准掩模组，包括多个如前述权利要求中的任一项所述的校准掩模(40)，其中，不同校准掩模(40)的衍射结构(42)在结构类型上不同。

17.如权利要求16所述的校准掩模组，其中，不同的结构类型在几何形状和/或尺寸上不同。

18.如权利要求16或17所述的校准掩模组，其中，所述不同的结构类型在产生所述衍射结构(42)的方法上不同。

19.如权利要求18所述的校准掩模组，其中第一结构类型的衍射结构(42)由电子束写入产生，第二结构类型的衍射结构(42)由全息曝光产生。

20.一种包括用于光刻掩模(12)上的测量结构(14)的位置测量的设备(10)以及如权利要求1至15中的任一项所述的校准掩模(40)的布置。

21.一种校准掩模(40)的用途，其中，所述校准掩模(40)包括布置在其上的衍射结构(42)，用于校准用于光刻掩模(12)上的测量结构(14)的位置测量的设备(10)；其中，针对所述衍射结构(42)的干涉位置测量构造所述衍射结构(42)。

22.如权利要求21所述的校准掩模(40)的用途，其中，根据权利要求1至15中的任一项构造所述校准掩模(40)。

23.一种校准用于光刻掩模(12)上的测量结构(14)的位置测量的设备(10)的方法，包括以下步骤：

-通过利用干涉测量确定衍射结构(42)相对于彼此的位置，从而验证包括布置在其上的衍射结构(42)的校准掩模(40)合格；

-利用所述设备，确定布置在所述校准掩模(40)上的测量结构(14)相对于彼此的位置；以及

-通过针对所述测量结构(14)所确定的位置以及针对所述衍射结构(42)所确定的位置，校准所述设备(10)。

24.如权利要求23所述的方法，其中，当验证所述校准掩模(40)合格时，将干涉仪(50)的测量波(66)辐照到所述校准掩模(40)上，从而在所述些衍射结构(42)处以利特罗反射反射所述测量波，并且将反射波(70)与参考波(64)叠加，用于产生干涉图案。

25.如权利要求24所述的方法，其中，将所述校准掩模(40)相继地布置在相对于所述测量波(66)的两个不同定向上，在所述两个定向中，在所述衍射结构(42)处分别在利特罗反射中以不同的衍射级反射所述测量波(66)。

26.如权利要求23至25中的任一项所述的方法，其中，提供另一校准掩模，其具有与所述第一校准掩模(40)的衍射结构(42)在结构类型上不同的衍射结构(42)；通过干涉测量确定所述另一校准掩模的衍射结构(42)的位置；根据为所述两个校准掩模的衍射结构(42)所确定的位置，以依赖于结构类型的方式，确定系统误差；通过在计算中排除由所述第一校准掩模(40)的衍射结构(42)的结构类型所导致的系统误差，来校正所述第一校准掩模(40)的测量位置；以及在所述设备(10)的校准期间，使用所述第一校准掩模(40)的衍射结构(42)的经校正的位置。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述第一校准掩模(40)的衍射结构(42)在几何形状和/或尺寸上与所述另一校准掩模(40)的衍射结构(42)不同。

28.如权利要求26或27所述的方法，其中，通过第一产生方法产生所述第一校准掩模(40)上的衍射结构(42)，并且通过与所述第一产生方法不同的第二产生方法产生所述另一校准掩模(40)上的衍射结构(42)。

29.如权利要求28所述的方法，其中，在一个产生方法中，通过电子束写入法产生衍射结构(42)，并且在另一个产生方法中，通过全息曝光法产生衍射结构(42)。

30.如权利要求23至29中的任一项所述的方法，其中，由所述衍射结构(42)形成所述测量结构(14)。

31.如权利要求23至30中的任一项所述的方法，其中，根据权利要求1至15中的任一项，构造所述校准掩模(40)。

32.一种测量用于微光刻的掩模(40)的方法，包括以下步骤：

-提供所述掩模(40)，所述掩模(40)具有布置在其上的衍射结构(42)；以及

-通过干涉测量，确定所述衍射结构(42)相对于彼此的位置。

33.如权利要求32所述的方法，其中，将干涉仪的测量波(66)辐照到所述掩模(40)上，使得在所述衍射结构(42)处以利特罗反射反射所述测量波，并且将反射波(70)与参考波(64)叠加，用于产生干涉图案。

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