CN103069342A - 利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于利用光刻掩模(16)所产生的辐射分布(24)的局部解析测量的方法，包括提供辐射转换器(31,131)，其具有至少二维布置的转换器元件(32,132)，所述转换器元件可分别被置于活动状态和非活动状态，并在活动状态中转换入射辐射的波长。此方法还包括：操纵辐射转换器(31,131)数次，使得分别仅部分的转换器元件(32,132)处于活动状态；在辐射转换器(31,131)的每次操纵后，利用辐射分布(24)照射辐射转换器(31,131)，使得活动的转换器元件(32,132)发射波长转换的测量辐射(34)；在辐射分布(24)的每次照射时，记录测量辐射的各自原点位置(54)。此外，从以多次不同照射步骤记录的原点位置，确定光刻掩模(16)所产生的辐射分布(24)。

Description

利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的装置与方法
本发明主张2010年6月18日申请的德国专利申请No.102010030261.9的优先权。通过引用将此德国专利申请的整体内容结合于此。
技术领域
本发明涉及用于利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的方法（例如，在投射曝光工具或掩模检查设备的架构内）、涉及用于辐射分布的局部解析测量的装置、涉及用于微光刻的投射曝光工具、以及涉及用于检查光刻掩模的掩模检查设备。
背景技术
为了测量微光刻光学系统中关于光学系统的成像质量，通常凭借着所谓空间像(aerial image)测量技术。空间像测量技术与结构产生测量技术不同，在结构产生测量技术中，将测量结构成像到晶片的光刻胶层，然后测量所产生的光刻胶结构。对空间像测量技术而言，使用空间像传感器，以局部解析方式来检测成像的测量对象结构在三维空间中至少两个方向（例如在关于所用成像光学部件的光学轴的两个横向方向上）上的强度分布。强度分布的测量不一定要在空气中发生，也可以在不同的气体或不同液体介质或真空中实施。
对传统空间像测量技术而言，成像技术与扫描技术间具有基本的差异。对扫描技术而言，空间像传感器在三维空间内机械地移动，并在空间中的相应点处逐点检测辐射强度。空间像传感器在各个时间仅测量这里的一个信号值。因此，利用此方法，至少二维辐射分布的测量是很耗时的。
为了减少测量时间，所以通常使用可以局部解析方式检测电磁辐射的辐射检测器。因此，US2006/0269117A1公开一种针对极紫外光波长范围(EUV)的辐射的空间像检测器，其利用闪烁体（scintillator）从EUV空间像产生可见光范围中的光学对象。利用大孔径成像光学部件以放大方式将其成像到相机。这些类型的成像物镜的分辨率极限为用于在远场中成像的光波长的函数，且在可见光的情况下将超过100nm。然而，对现代EUV投射物镜或EUV光刻掩模而言，这样的分辨率不够高。
再者，可将发射光电子的固体引入空间像，并利用电子显微镜以空间解析方式检测空间像，如WO03/058344A2所述。然而，这样的方法需要非常高度的复杂度。
发明内容
本发明的一个目的在于提供可解决上述问题的用于辐射分布的局部解析测量的方法及装置，尤其是可以合理的时间成本高分辨地、至少二维地测量辐射分布。
可根据本发明实现前述目的，例如通过用于利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的方法。光刻掩模可为产品掩模或测试掩模的形式。在本申请的背景中，掩模可被理解为(传统)固体掩模以及包含例如空间光调制器的可变掩模。特别地，利用光刻掩模下游的投射光学部件产生辐射分布。所述方法包含以下步骤：提供辐射转换器，所述辐射转换器具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件可分别置于活动（active）状态和非活动（passive）状态并被配置为在活动状态时转换入射辐射的波长；以及操纵辐射转换器数次，使得分别仅一部分的转换器元件处于活动状态，在辐射转换器的每次操纵后，以辐射分布照射辐射转换器，使得活动的转换器元件发射波长转换的测量辐射，并在利用辐射分布的每次照射时，记录测量辐射的各自原点（origin）位置。此外，根据本发明的方法，从利用不同照射步骤记录的原点位置，确定光刻掩模所产生的辐射分布。
换言之，根据本发明，提供一种在投射曝光工具或掩模检查设备的架构内局部解析测量利用光刻掩模所产生的空间像的方法。举例而言，要测量的空间像可为用于微光刻的投射曝光工具的晶片平面中的辐射分布，或是当检查掩模检查设备中的光刻掩模时出现在检测器平面的辐射分布。
根据本发明，提供一种辐射转换器，其具有至少二维布置的转换器元件。所述转换器元件可分别置于活动状态及非活动状态，且它们于活动状态将入射辐射(尤其是光刻掩模所产生的辐射分布的辐射)转换成波长转换的辐射。辐射分布的波长可例如在DUV波长范围，尤其是193nm，或是在EUV波长范围。举例而言，光可激活荧光染料可用作转换器元件，如以下更详细说明的。
根据本发明，辐射转换器被操纵为使得仅部分转换器元件置于活动状态。取决于具体实施例，此部分小于转换器元件总数的1/10、小于1/100、尤其小于1/1000。然后，辐射转换器受到辐射分布，使得活动状态的转换器元件发射测量辐射形式的波长转换的辐射。测量辐射的波长优选比照射的辐射长，且可在例如可见光波长范围中。
然后，以高精确度确定测量辐射的原点位置。针对此目的，优选利用放大成像光学部件将辐射转换器的平面成像到局部解析的辐射检测器上，例如CCD相机。由于仅小部分的转换器元件被激活和发射测量辐射，所以根据统计期望，要测量的原点位置的艾里斑(Airy discs)在检测器上不会重叠。因此，与艾里斑的范围比较，可以大大提高的测量精确度来确定原点位置。
然后，重复数次上述步骤，所述步骤操纵辐射转换器使得辐射转换器中仅部分的转换器元件置于活动状态，以及记录之后被发射的测量辐射的原点位置。转换器元件分别置于活动状态，其根据统计机会原理选择，使得在经过足够次数后，绝大部分的转换器元件至少被置于活动状态一次。根据本发明，最后从所有记录的原点位置，确定光刻掩模所产生的辐射分布。
在此所运用的基本原理（通过数次分别照射不同群组的置于活动状态的转换器元件，而实现超过衍射所限制的分辨率极限的分辨率）是细胞显微术中所熟知的。关于此，有人提到超解析细胞显微术，例如Mark Bates等人于Current Opinion in Chemical Biology2008,12:505–514中发表的论文“Super-resolution microscopy by nanoscale localization of photo-switchablefluorescent probes(通过光可切换荧光探针的纳米等级局部化的超解析显微术)”。然而，在超解析细胞显微术中，并不测量如本发明的空间像，而是测量细胞生物样本中光可激活荧光分子的不同空间分布。
根据本发明，通过将细胞生物学已知的基本原理应用到光刻空间像测量，可实现显著低于衍射光学部件在空间像测量中预设的分辨极限，并且尤其对非常小的波长(例如193nm或EUV波长)，能在空间像测量上实现足够高的解析精度。然而，同时，根据本发明的方法构成至少二维并行测量的测量方法，所以至少相较于扫描测量方法，测量辐射分布所需的时间更少。
在根据本发明的一实施例中，转换器元件为光可激活的（photoactivatable），并且辐射转换器的操纵是通过照射激活辐射实现的，该激活辐射的强度使得仅部分的转换器元件处于活动状态。这些光可激活转换器元件的示例为上述光可激活荧光分子。
在根据本发明的一实施例中，通过利用微光刻的投射曝光工具成像光刻掩模来产生辐射分布。要测量的辐射分布优选为出现在投射曝光工具的晶片平面中的辐射，即所谓空间像。
在根据本发明的另一实施例中，通过利用掩模检查设备成像光刻掩模来产生辐射分布。使用这些类型的掩模检查设备来检验光刻掩模。
在根据本发明的另一实施例中，中断辐射分布的照射，以将激活辐射照射到辐射转换器。举例而言，这可通过可切换辐射源或可移动孔径来实施。
在根据本发明的另一实施例中，在照射辐射分布后，转换器元件被置于非活动状态或被禁用。根据一实施例，这可通过以高强度曝光辐射照射整个表面来实施。因此，确保当下次激活和照射进行时，来自前次测量路径的转换器元件不会仍是活动的。
在根据本发明的另一实施例中，转换器元件被配置为使得刚刚在发射波长转换的测量辐射后，它们暂时进入非活动状态，在非活动状态中转换器元件不转换入射辐射的波长。通过利用具有一强度的辐射初始地照射辐射转换器来实施辐射转换器的操纵，该强度使得激发几乎所有转换器元件发射波长转换的测量辐射，并因此使它们暂时置于非活动状态。辐射分布仅在部分的转换器元件已回到活动状态时照到辐射转换器上。当使用荧光材料时，非活动状态可为暂时性非荧光状态，荧光元件可以以统计概率从该暂时性非荧光状态回到荧光状态。换言之，在发射测量辐射后，出现失效时间(dead time)”，于此期间，转换器元件不能受激发而发射测量辐射。对于该实施例，考虑作为转换器元件的物质包括例如Alexa Fluor488、ATTO520、Alexa Fluor532、ATTO532、ATTO565、Alexa Fluor568、ATTO655、及ATTO700。
在根据本发明的实施例中，转换器元件初始受到照射，使得基本上所有的转换器元件都受到激发而发射测量辐射。在该语境中，根据本发明的一实施例，基本上所有是指至少90%；根据另一实施例，至少99%，尤其是至少99.9%或至少99.99%。此后，受到照射的转换器元件处于非活动状态。根据本发明，等待直到所有转换器元件中期望比例（例如最大1/00或最大1/1000）的转换器元件已回到活动状态。此时，照射辐射分布以及确定发射的测量辐射的原点位置，如上所述。
在根据本发明的另一实施例中，辐射转换器还包含闪烁体元件，当利用投射曝光工具所产生的曝光辐射照射时，所述闪烁体元件发射具有中间波长的中间辐射。活动的转换器元件将中间辐射转换成测量辐射。根据一实施例，闪烁体元件被配置为将EUV辐射转换成可见光形式的中间辐射。然后，将受可见光激发而发出荧光的光可激活荧光分子被用作转换器元件。
如上已述，根据本发明一实施例的转换器元件可由荧光元件形成。确定的辐射分布的波长可以是在例如如上所述的EUV波长范围内，具有100nm以下的波长，例如13.5nm或6.8nm。根据替代实施例，确定的辐射分布的波长是在UV波长范围内，例如193nm或248nm。
在根据本发明的另一实施例中，为了记录测量辐射的各自原点位置，利用显微物镜将原点位置成像到检测器上，以及以至少比衍射造成的像的范围低一个数量级的精确度确定原点位置的像的在检测器上的位置。这优选通过以远低于艾里斑的范围的精确度在检测器上确定艾里斑的各自焦点来实施。
在根据本发明的另一实施例中，为了确定测量辐射的各自原点位置，利用散光（astigmatic）显微物镜将原点位置成像到检测器上，并由在检测器上的像的形状，确定原点位置相对于辐射分布的传播方向的轴向位置坐标。在此案例中，艾里斑具有椭圆形（ellipticity），其指示对应光可激活元件的轴向位置。例如，这使得光刻工艺窗口的三维测量成为可能。
在根据本发明的另一实施例中，辐射转换器包含容器，其在液体溶液中含有转换器元件。在此实施例中，转换器元件尤其可为细胞显微术已知的光可激活荧光分子。在此实施例中，整个测量过程应被实施得很快，使得在测量循环之间，转换器元件由于在液体溶液中的扩散而导致的空间移动小于分辨率极限。根据本发明的另一实施例，转换器元件嵌入到减缓扩散的透明基质（matrix）中。这里，可以考虑例如从熔融物质固化的“水玻璃”，即类玻璃的钠和钾硅酸盐。
在根据本发明的另一实施例中，容器容许辐射分布从一侧透射以及容许波长转换的辐射从另一侧透射。根据一实施例，一侧是由SiN薄膜所形成(EUV辐射可透射)或小石英玻璃板(193nm辐射可透射)，而第二侧具有小玻璃板(可见光可透射)。
在根据本发明的另一实施例中，辐射转换器具有薄膜，转换器元件均匀分布地设置于薄膜上。因此，转换器元件可设置成例如薄膜上的均匀网格图案。根据一实施例，转换器元件以单层荧光乳胶珠（latex bead）形式施加到薄膜上。
在根据本发明的另一实施例中，转换器元件设置成至少在二维上基本均匀分布于辐射转换器内，尤其是转换器元件设置成至少在二维上均匀分布于辐射转换器内。在此上下文中，“均匀分布”应包含统计上的均匀分布(例如当设置转换器元件于液体溶液中时)，以及例如均匀网格形式的均匀分布。特别地，当网格周期变化50%或更少(尤其是少于10%)时，为均匀网格图案。
在根据本发明的另一实施例中，将辐射转换器引入到投射曝光工具的像平面或晶片平面中，用于利用辐射分布照射。根据一变化例，辐射转换器整合到可移动基板台中或整合到投射曝光工具的测量台中。
此外，前述目的可通过一种利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的方法来达成，此方法包含以下步骤：提供辐射转换器，所述辐射转换器具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件可分别被配置为转换入射辐射的波长；以投射曝光工具所产生的辐射分布照射辐射转换器，使得转换器元件发射波长转换的测量辐射；以及以超解析（super-resolving）精确度，从测量辐射确定辐射分布。超解析精确度被理解为超过衍射导致的解析精确度的精确度，尤其是至少超过一个数量级。衍射造成的分辨率由测量辐射的成像的点光源的艾里斑大小来定义。根据一实施例，超解析精确度理解为好于20nm，优选好于10nm的精确度。
此外，前述目的可通过一种辐射分布的局部解析测量的装置来达成。根据本发明的装置包含：辐射转换器，具有基本均匀分布(尤其是均匀分布)的至少二维布置的可单独光激活的转换器元件，其被配置为于激活状态转换照射辐射的波长；辐射源，用于辐射转换器的单独转换器元件的光激活；以及像检测装置，用于检测波长转换的辐射的原点位置。
在该语境中，“均匀分布”一词如上所说明应包含统计上的均匀分布(例如当设置转换器元件于液体溶液中时)、以及例如均匀网格形式的确定的均匀分布。
根据一实施例，根据本发明的装置被配置为以局部解析方式来测量微光刻的投射曝光工具所产生的辐射分布。根据另一实施例，此装置被配置为以局部解析方式来测量掩模检查设备中要测量的光刻掩模所产生的辐射分布。
此外，根据本发明，提供一种用于微光刻的投射曝光工具，其包含：辐射转换器，具有至少二维布置的转换器元件，其可分别置于活动状态及非活动状态且被配置为于活动状态时将投射曝光工具的曝光辐射转换成波长转换的测量辐射。投射曝光工具还包含像检测装置，用于检测测量辐射的原点位置。这里，投射曝光工具被配置为操纵辐射转换器，使得仅部分的转换器元件选择活动状态。
此外，根据本发明提供一种用于微光刻的投射曝光工具，其包含具有检测表面的辐射检测器。辐射检测器被配置为利用好于20nm(尤其是好于10nm)的局度分辨率，测量投射曝光工具照到检测表面的曝光辐射。因此，与先前已知的扫描空间像测量方法不同，这是二维地检测空间像的二维空间像检测器。如根据本发明的上述方法，测量可包含许多测量步骤。利用各个测量步骤，于此进行部分像的二维检测。利用根据本发明的辐射检测器，在整个检测区域上进行同时的信号检测，关于该整个检测区域，利用前述局部解析来检测空间像。换言之，辐射检测器至少二维地并行测量空间像。根据一实施例，辐射检测器被配置为用于辐射分布的局部解析测量的上述装置。
在有利的实施例中，根据本发明的投射曝光工具被配置为实施上述实施例的根据本发明的测量方法。
此外，根据本发明提供一种掩模检查设备，用于检查光刻掩模。本发明的掩模检查设备包含：成像光学部件，利用检查辐射将掩模结构成像到像平面中；以及设置于像平面中的辐射转换器，具有至少二维布置的转换器元件。转换器元件可分别置于活动状态及非活动状态，且被配置为仅在活动状态时转换掩模检查设备的检查辐射的波长。掩模检查设备还包含像检测装置，用于检测波长转换的辐射的原点位置。掩模检查设备在此被配置为操纵辐射转换器，使得仅部分的转换器元件处于活动状态。检查辐射优选为具有与要曝光投射曝光工具中的光刻掩模的辐射的波长相同的波长的辐射。依据掩模类型，检查辐射可因此包含例如193nm的辐射或在EUV波长范围中。
根据本发明的所述掩模检查设备的实施例，使得可以提供一种成像光学部件(如下所详述)，其像侧数值孔径对应用于投射曝光工具将掩模结构成像到晶片上时所用的投射物镜的数值孔径。根据一有利实施例，成像光学部件在像侧具有至少为0.8的数值孔径。
用于检查光刻掩模的掩模检查设备优选具有根据本发明的实施例中用于辐射分布的局部解析测量的上述装置。
根据本发明的上述方法实施例中规定的特征可对应地应用到根据本发明的装置、根据本发明的投射曝光工具、以及根据本发明的掩模检查设备。相对地，根据本发明的上述装置、投射曝光工具、或掩模检查设备的实施例中规定的特征也可对应地应用到根据本发明的方法。
附图说明
下面，根据本发明的示例实施例并参考附图详细说明本发明的上述及其他有利特征。附图如下：
图1为用于微光刻的投射曝光工具，其具有根据本发明第一实施例的用于投射曝光工具的像平面中的辐射分布的局部解析测量的装置；
图2为根据图1的装置所含的辐射转换器的截面图；
图3为根据图1具有多个转换器元件的辐射转换器的第一实施例的俯视图；
图4为根据图3的辐射转换器，例示了激活的转换器元件；
图5为根据图1的辐射转换器的第二实施例的俯视图；
图6为根据图1的辐射转换器的第三实施例的俯视图；
图7为根据图1的微光刻投射曝光工具，其具有根据本发明第二实施例的用于像平面中的辐射分布的局部解析测量的装置；以及
图8为掩模检查设备，用于利用根据本发明的用于成像光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的装置来检查光刻掩模。
具体实施方式
于以下所述的示例实施例中，功能上或结构上彼此类似的元件尽可能具有相同或类似的参考符号。因此，为了理解特定示例实施例的单独元件的特征，应参考其他示例实施例的说明或参考本发明的一般性说明。
为了帮助说明投射曝光工具，在图中指明笛卡儿xyz坐标系统，根据该坐标系统可获得图中所示组件的各自相对位置。在图1中，x方向垂直于图面，y方向向右，而z方向向下。
图1显示用于微光刻的投射曝光工具10的示意截面图，其中装置30整合到根据本发明的实施例中。装置30被配置为以局部解析方式来测量投射曝光工具10于基板平面20(也称为晶片平面或像平面)中所产生的辐射分布24。此类型的辐射分布24通常也称为投射曝光工具10的空间像，此名称用于例如曝光波长为193nm时辐射分布实际出现于空气或液体(例如水)中的情况，以及使用EUV辐射时辐射分布出现于真空中的情况。
投射曝光工具10包含用于产生曝光辐射12的辐射源(图1未绘示)以及照明系统。曝光辐射12可为所谓的DUV辐射，即波长为例如248nm或193nm的在深UV范围中的辐射。替代地，其也可为EUV辐射(极紫外光辐射)，具有<100nm的波长，尤其约13.5nm或约6.8nm的波长。曝光辐射12可被开启及关闭。举例而言，可利用曝光辐射12的光学路径中的孔径14来实施曝光辐射12的开启及关闭。替代地，辐射源本身也可设计成可开关的。
曝光辐射12照到光刻掩模16，其中光刻掩模16上设置有要成像的结构。如图1所示，这里，曝光辐射12可在光刻掩模16上反射，当使用EUV辐射时通常会这样。替代地，光刻掩模16也可为透射掩模形式。在此情况下，曝光辐射12穿过掩模。光刻掩模16由可移动掩模台18所支托。当成像光刻掩模16的结构时，掩模台18在y方向上连续移动，如本领域的技术人员所熟知的步进和扫描投射曝光工具中常见的。
利用投射物镜22将掩模结构成像到基板平面20上，其中依赖于投射物镜22的设计或依赖于透射透镜和/或反射镜的曝光波长配置投射物镜22。图1所示的实施例中根据本发明的用于中辐射分布24的局部解析测量的装置30包含具有二维检测表面的辐射转换器31、激活辐射源42、放大成像光学部件48、局部解析辐射检测器50、以及评估单元56。激活辐射源42为可开关的或具有可移动孔径46，用于中断激活辐射44。依据曝光波长，在投射物镜22与辐射转换器31之间可设置浸没液体，如图1的虚线所示。
在图2中，详细显示第一实施例中的辐射转换器31。在此实施例中，辐射转换器31包含平盒形式的容器36。在其面对投射物镜22的一侧，容器36包含曝光辐射可透过的层38。当使用193nm的光作为曝光辐射12时，层38可由玻璃板制成，而针对EUV辐射，则例如可由SiN薄膜制成。当使用浸没液体23时，可让曝光辐射透过的层38的折射率优选匹配于浸没液体的折射率。容器36填充有液体溶液37。液体溶液中含有将入射曝光辐射12转换为波长转换的辐射34的转换器元件。
在本实施例中，转换器元件32由光可激活荧光染料形成。这些荧光染料可由细胞生物学中超解析荧光显微术中得知。下表1提供一些适合作为转换器元件32的有机荧光团的性质概述。这些更详细地描述于Bates M.等人在Science2007,317:1749–1753所发表的文献“Multicolor superresolutionimaging with photo-switchable fluorescent probes(利用光可开关荧光探针的多色超解析成像)”。其他可能的荧光团列于Bates M.等人在Current Opinion inChemical Biology2008,12:505–514所发表的文献“Super-resolutionmicroscopy by nanoscale localization of photo-switchable fluorescent probes(通过光可开关荧光探针的纳米等级局部化的超解析显微术)”，尤其是此文献的表1，且通过显式引用将这些文献结合于本申请的公开中。
表1
有机荧光团 激活波长 激活后吸收峰 激活后发射峰
Cy5 350-570nm 649nm 670nm
Cy5.5 350-570nm 675nm 694nm
Cy7 350-570nm 747nm 776nm
Alexa Fluor647 350-570nm 650nm 665nm
通过激活辐射44的照射，前述荧光团可被置于活动状态，在所述活动状态中，荧光团具有荧光性质。当使用上述表1所列的荧光团时，需要有波长在350nm至570nm之间的激活辐射44。在激活发生之后，荧光团将照射光12转变成荧光，作为在可见光波长范围中的测量辐射34。
表1所列的荧光团对高于600nm的照射光具有吸收峰。然而，即使是使用248nm或193nm的波长的光，应该也可以激发这些荧光团。因此，前述荧光团适合用于在DUV波长范围的曝光辐射12的分析。本领域技术人员所知的对DUV或EUV波长范围的光响应的其他荧光团也可用作转换器元件32。
图3从入射曝光辐射12的视角在俯视图中显示了根据图2的实施例中的辐射转换器31。转换器元件32在统计上均匀地分布于所示平面中。当实施根据本发明的测量方法时，首先中断曝光辐射12，并将激活辐射44照到辐射转换器31上。这里，将激活辐射44的强度及照射时间长度选择为使得仅激活小部分的转换器元件32，即它们进入具有荧光效应的状态。在图4中，通过例如参考符号32a标识激活的转换器元件。激活的转换器元件32a的数量可为例如少于所存在的转换器元件32的1/100，尤其是少于1/1000。
然后开启曝光辐射12，使得在基板平面20中的辐射分布24激发这些少数的激活的转换器元件32a，以发射荧光形式的波长转换的测量辐射34。由图1也可知，利用放大成像光学部件48，将测量辐射34的原点位置成像到CCD相机形式的局部解析的辐射检测器50。发射测量辐射的各辐射转换器32于辐射检测器50上产生所谓艾里斑52形式的延伸辐射分布。艾里斑52的中心对应产生各自艾里斑52的测量辐射34的原点位置。
如图4所示，原点位置54对应于发射各自测量辐射34的激活的转换器元件32a的确切位置。然而，由于仅激活在先前过程步骤中提供的转换器元件32的小部分，所以在辐射检测器50上所产生的单独艾里斑通常不会重迭。如此可精确地确定艾里斑的中心点，并因此从记录的艾里斑52确定原点位置54。这利用评估单元56进行。
重复刚说明的过程，即少数转换器元件32的激活、辐射分布24的照射、以及确定所发射的测量辐射34的原点位置54，直到已记录足够数目的原点位置54，以便能够通过组合所记录的原点位置54以期望的精确度获得整个辐射分布24。
在投射曝光工具10的基板20中对约10μm x10μm的面积执行辐射分布的局部解析测量所需的时间约在1分钟的量级。此时间包括所述过程的重复，通常至足以以期望的精确度得到整个辐射分布。
将部分像合到一起的原理可由名为STORM(Stochastic OpticalReconstruction Microscopy（随机光学重建显微术）)下的细胞生物学中的高分辨率显微术的原理得知，参见例如WO2008/091296A2、PAL-M，参见例如WO2006/127692A1或GSDIM，参见例如US2009/0134342A1。利用这些方法，利用光可激活荧光染料标记细胞的组成，然后通过荧光染料的相继激活、以及荧光辐射的各照射和记录，测量光可激活荧光染料的分布。根据本发明的光刻空间像的测量方法与已知的超解析荧光显微术之间显著的差异在于：根据本发明的方法中的转换器元件32在转换器元件32的照射区域上是均匀分布的，尤其是在统计上均匀分布的，参见例如根据图3的示例实施例。相对于此，利用高分辨率荧光显微术，荧光染料标记要检查的细胞结构，并因此局部地设置于特定结构中。转换器元件的均匀分布使得可以局部解析方式测量来自光刻的空间像形式的辐射分布。
根据图2的辐射转换器31的容器36在与层38相对的一侧上具有让测量辐射透射的层40，例如玻璃板形式。利用辐射检测器50记录艾里斑52发生得如此之快，以至于转换器元件32在记录时间期间仅在液体溶液中稍微移动，但是在任何状况下都小于分辨率极限。
根据本发明的一实施例，成像光学部件48刻意地设计成轻微散光。因此，艾里斑52的形状为稍微椭圆的，但具有不变的焦点位置。此椭圆形指示发射测量辐射34的转换器元件32在z方向的位置。通过评估所记录的艾里斑的椭圆特性，变得可三维地解析辐射分布24。这使得可以确定光刻中的所谓工艺窗口，而不曝光晶片。
光刻中的工艺窗口特别地规定空间像的轴向范围及所造成的焦深。这实质上确定必须将光刻胶层引入到空间像中的精确度，并因此影响基板台与投射曝光工具作为整体的技术要求。为了实施工艺窗口测量技术，辐射转换器31的厚度在z方向上被配置为使得具有转换器元件32的液体溶液37在z方向范围超过大于成像期望的掩模结构所寻求的焦深的区域。替代地，辐射转换器31可与局部化光学部件(即整个测量装置30)在z方向上一起移动。
根据本发明的另一实施例，根据图3的转换器元件32也可固定于透明基质中，例如水玻璃中，而不是水溶液中。再者，转换器元件32也可设置在均匀网格图案中，如图5所示。这可通过例如施加单层荧光乳胶珠到让曝光辐射透射的层38上来实施。
图6显示辐射转换器31的另一实施例，其特别配置为用于测量EUV辐射的辐射分布24。在此实施例中，光可激活荧光染料形式的转换器元件32(例如表1中的染料)设置在固定网格图案中，如根据图5的实施例。辐射转换器31还包含闪烁体元件58的网格，闪烁体元件58被配置为将EUV波长范围中的曝光辐射12转换成可见光波长范围的中间辐射。闪烁体元件58的网格具有与转换器元件32的网格相当的元件间距。
例如Proxitronic Detector Systems公司所制造的产品P43可视为闪烁体元件。此产品具有以下组成：Gd2O2S:Tb。此产品发射的发射辐射在360nm至680nm的波长范围中，且适合激发例如根据上述表1中的Cy5荧光团和AlexaFluor647。
当利用图6的辐射转换器31实施根据本发明的方法时，利用各曝光步骤使所有的闪烁体元件58受到激发而发射可见光波长的辐射，而各自受激活的转换器元件32则发射具有特征波长的可激活荧光团形式的测量辐射34。这里，可有利地在辐射检测器50之前放置滤波器，以阻挡波长低于荧光团染料发射的测量辐射34的波长的辐射。具体而言，表1中的Cy5.5荧光团可视为转换器元件32，因为其具有高于前述闪烁体元件58发射的辐射的波长范围的发射峰。替代地，适当的闪烁体本身可选择性地作为转换器元件32。
图7显示根据本发明的具有用于基板平面20中的辐射分布的局部解析测量的装置30的微光刻投射曝光工具的另一实施例110。投射曝光工具110与投射曝光工具10的差异仅在于用于辐射分布的局部解析测量的装置的实施例，在根据图7的实施例装置130中，其没有激活辐射源42。此外，图7的实施例中的辐射转换器131配备有不同类型的转换器元件132。转换器元件132被配置为使得刚刚在发射波长转换的测量辐射34之后，它们暂时地进入非活动状态，在非活动状态中，转换器元件132不转换入射曝光辐射12的波长。换言之，在发射测量辐射34(例如荧光辐射)后，转换器元件132具有失效时间。辐射转换器中转换器元件132的空间布置可以以上参考图3至图5所述的配置发生。
根据本发明，当操作图7的投射曝光工具110时，辐射转换器131现在被曝光辐射12二维地照射，使得几乎所有的转换器元件132都受到激发而发射波长转换的测量辐射34，尤其是荧光。这利用所谓淹没式曝光(floodexposure)来实施，通过淹没式曝光均匀地照射要曝光的基板平面20的整个区域。淹没式曝光优选应被配置为至少99%、优选99.9%、或至少99.99%的转换器元件132发射测量辐射34。
在实施淹没式曝光后，单独转换器元件132渐渐地回到可再次受激发而发射测量辐射34的活动状态。回到活动状态是统计过程。根据本发明，在实施淹没式曝光后必须等待一段时间，在该段时间上，小部分的转换器元件132已回到活动状态。此部分应大约对应于利用图1的激活辐射源42激活的转换器元件的比例，并因此可为例如大约1/1000。
刚刚在前述的时间段经过之后，利用光刻掩模16在基板平面20产生辐射分布24，并如已参照图1所描述的，确定发射测量辐射34的元件132的原点位置54。以与根据图1的方法相同的方式重复几次前述过程步骤，然后从所记录的原点位置以高分辨率重建辐射分布24。例如，Mike Heilemann等人于Applied Chemistry International Edition,1st,2009年9月vol.48,No.37,6903-6908页所发表的文献“Super-resolution imaging with small organicfluorophores(利用小有机荧光团的超解析成像)”中关于dSTORM方法所列的材料，可视为适合作为根据图7的实施例的转换器元件132的物质。因此，举例而言，可使用列于文献中的Alexa Fluor488(吸收峰为488nm)、ATTO520、Alexa Fluor(吸收峰为514nm)、ATTO565、Alexa Fluor568(相应吸收峰为468mm)、ATTO655及ATTO700(相应吸收峰为647mm)等物质。
也如表1中的分子一样，这些物质对高于DUV及EUV光刻波长的照射光具有吸收峰。然而，也可以利用波长为248nm或193nm的光以足够的效率激发这些物质。此外，本领域技术人员所知的具有上述性质且响应DUV或EUV波长范围的光的荧光团，也可被用作转换器元件32。
图8显示用于检查光刻掩模16的掩模检查设备210。此类型的掩模检查设备210用于在投射曝光工具外测量光刻掩模16的空间像，以辨识出掩模的写入错误。掩模检查设备210包含照明系统211，用于产生检查辐射212，当光刻掩模16被用于投射曝光工具时，针对检查辐射212的波长配置该光刻掩模16。
因此，检查辐射212可在DUV波长范围中，例如248nm或193nm，或在EUV波长范围中。然后利用成像光学部件222，将光刻掩模16成像到像平面220。这里，辐射转换器31设置于上述实施例之一中。其是用于辐射分布24的局部解析测量的装置30（其对应于图1的装置30）的一部分。替代地，图7的装置130也可设置于成像光学部件的下方。
利用装置30或130，如上所述，现在可以极大改善的精确度来测量辐射24的空间分布。可利用高数值孔径来测量空间像。因此，变得可以提供成像光学部件222，其具有与要使用光刻掩模的投射曝光工具的投射物镜相同的像侧数值孔径。这降低测量的不准确性。习惯上，掩模检查设备的成像光学部件具有实质更小的像侧数值孔径，因为由于空间像24需要高测量精确性，所以成像光学部件被设计成放大成像光学部件。与此相反，投射曝光装置中的投射物镜是缩小光学部件。
基于拉格朗日不变量(Lagrange invariant)，使用缩小光学部件在像侧造成大数值孔径。其结果是利用传统掩模检查设备产生的空间像不同于投射曝光工具中的空间像。这些差异习惯上必须数学地列入考虑，因而造成不精确性。
执行掩模检查设备210的像平面220中面积约10μm x10μm的辐射分布24的局部解析测量所需的时间约为1分钟的量级。
下面，说明根据本发明实施例的空间像测量方法的操作模式与传统空间像测量方法的操作模式之间的差异。如一开始所述的，对传统空间像测量方法而言，成像和扫描方法之间存在区别。对成像空间像测量方法而言，实施二维像记录，单个像记录已提供空间像，而对扫描空间像测量技术而言，实施逐点的像记录，仅非常大量的逐点像记录一起产生空间像。
对根据本发明的测量方法的所述实施例而言，记录多个部分像。这里，各个部分像覆盖整个二维检测区域，然而，在检测区域中，仅统计选择的像素元件分别为活动的，因此各个部分像具有统计分布的点。根据本发明，将部分像加在一起，并如此产生空间像。相较于单个记录的像已产生空间像的成像方法、以及非常多的逐点记录的像一起形成空间像的扫描方法，利用根据本发明的方法，一般数量的部分像结合提供空间像。
对成像方法和扫描方法而言，都预先建立(即确定)像的像素，即测量空间像的二维元件的位置。相对地，就根据本发明的实施例而言，测量空间像的点的位置在不同部分像之间是不同的，且分别统计地选择。换言之，利用传统方法，确定地(deterministically)实施测量，而根据本发明的实施例的测量则是统计性的。
就成像空间像测量技术而言，空间像分辨率由二维元件的数量及尺寸确定；对扫描空间像测量技术而言，由点检测器的自由开口确定。然而，对本发明的实施例而言，空间像分辨率由单独荧光团标记的局部化精确性确定。对成像方法而言，被观察结构的局部化通过其像在相机上的局部化来实施，对扫描方法而言，则通过检测器位置的知识来实施。然而，对根据本发明的实施例而言，特别地，通过确定艾里斑在相机上的聚焦点来局部化被观察结构。最后，对根据本发明的实施例而言，发生波长转换，但是前述传统空间像测量方法则没有。
对成像测量方法而言，分辨率极限为Abbe成像极限，并因此约为200nm。利用扫描测量方法，可实现更高的分辨率，其受限于近场探针的开口，通常约50nm。然而，利用根据本发明的测量方法，分辨率极限可落在分子直径的量级，约为10-20nm。
附图标记列表
10  用于微光刻的投射曝光工具
12  曝光辐射
14  孔径
16  光刻掩模
18  掩模台
20  基板平面
22  投射物镜
23  浸没液体
24  辐射分布
30  用于测辐射分布的局部解析量的装置
31  辐射转换器
32  转换器元件
32a 激活的转换器元件
34  波长转换的测量辐射
36  容器
37  液体溶液
38  曝光辐射可透射的层
40  测量辐射可透射的层
42  激活辐射源
44  激活辐射
46  孔径
48  放大成像光学部件
50  局部解析辐射检测器
52  艾里斑
54  原点位置
56  评估单元
58  闪烁体元件
110 用于微光刻的投射曝光工具
130 用于辐射分布的局部解析测量的装置
131 辐射转换器
132 转换器元件
210 掩模检查设备
211 照明系统
212 检查辐射
220 像平面
222 成像光学部件

Claims (28)

1.一种用于利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的方法，包括以下步骤：
提供辐射转换器，所述辐射转换器具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件能够分别被置于活动状态和非活动状态并被配置为于所述活动状态中转换入射辐射的波长；
操纵所述辐射转换器数次，使得分别仅一部分所述些转换器元件采取所述活动状态；在所述辐射转换器的每次操纵后，利用所述辐射分布照射所述辐射转换器，使得所述活动的转换器元件发射波长转换的测量辐射；在利用所述辐射分布的每次照射时，记录所述测量辐射的各自原点位置；以及
从利用多个不同照射步骤记录的所述原点位置，确定所述光刻掩模所产生的所述辐射分布。
2.如权利要求1所述的方法，其中利用用于微光刻的投射曝光工具通过成像所述光刻掩模而产生所述辐射分布。
3.如权利要求1所述的方法，其中利用掩模检查设备通过成像所述光刻掩模而产生所述辐射分布。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中在所述辐射分布的照射后将所述转换器元件置于所述非活动状态中。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述转换器元件为光可激活的，并且通过照射激活辐射而操纵所述辐射转换器，所述激活辐射的强度使得仅所述转换器元件的一部分采取所述活动状态。
6.如权利要求5所述的方法，其中中断所述辐射分布的照射，以便将所述激活辐射照射到所述辐射转换器上。
7.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中
所述转换器元件被配置为使得刚刚在发射所述波长转换的测量辐射之后，它们暂时进入所述非活动状态，在所述非活动状态中，所述转换器元件不转换入射辐射的波长；通过利用辐射初始地照射所述辐射转换器来实施所述辐射转换器的操纵，所述辐射的强度使得基本所有所述转换器元件都被激发而发射所述波长转换的测量辐射，并因此被暂时置于所述非活动状态中；并且当所述转换器元件的仅一部分已回到所述活动状态时将所述辐射分布照到所述辐射转换器上。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中所述辐射转换器还包括闪烁体元件，当利用所述投射曝光工具所产生的曝光辐射照射时，所述闪烁体元件发射具有中间波长的中间辐射，并且所述活动转换器元件将所述中间辐射转换成所述测量辐射。
9.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述转换器元件由荧光元件形成。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所确定的辐射分布的波长在EUV波长范围内。
11.如权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中所确定的辐射分布的波长在UV波长范围内。
12.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中
为了记录所述测量辐射的各自原点位置，利用显微物镜将所述原点位置成像到检测器上，并且以至少比衍射造成的像的范围低一个量级的精确度，确定所述原点位置在所述检测器上的像的位置。
13.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中
为了确定所述测量辐射的各自原点位置，利用散光显微物镜将所述原点位置成像到检测器上，并且从在所述检测器上的像的形状，确定所述原点位置相对于所述辐射分布的传播方向的轴向位置坐标。
14.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述辐射转换器包括容器，其在液体溶液中包含所述转换器元件。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述容器允许所述辐射分布从一侧透射，并允许所述波长转换的辐射从另一侧透射。
16.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中以至少在二维上基本均匀分布的方式将所述转换器元件设置在所述辐射转换器内。
17.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述辐射转换器具有膜，所述转换器元件均匀分布地设置于所述膜上。
18.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述辐射转换器被引入到所述投射曝光工具的像平面中，用于利用所述辐射分布照射。
19.一种用于利用光刻掩模所产生的辐射分布的局部解析测量的方法，包括以下步骤：
提供辐射转换器，所述辐射转换器具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件被分别配置为转换入射辐射的波长；
利用所述投射曝光工具所产生的辐射分布照射所述辐射转换器，使得所述转换器元件发射波长转换的测量辐射；以及
以超解析精确度，从所述测量辐射确定所述辐射分布。
20.一种用于辐射分布的局部解析测量的装置，包括：
辐射转换器，具有基本均匀分布的至少二维布置的可单独光激活的转换器元件，其被配置为在激活状态中转换照射辐射的波长；
辐射源，光激活所述辐射转换器的单独转换器元件；以及
像检测装置，检测所述波长转换的辐射的原点位置。
21.如权利要求20所述的装置，其中所述转换器元件统计上均匀分布在至少两个维度上。
22.如权利要求20或21所述的装置，其中在至少两个维度中均匀分布地设置所述转换器元件。
23.一种用于微光刻的投射曝光工具，包含：
辐射转换器，具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件能够分别被置于活动状态和非活动状态并被配置为仅在所述活动状态中将所述投射曝光工具的曝光辐射转换为波长转换的测量辐射；以及
像检测装置，检测所述测量辐射的原点位置，
所述投射曝光工具被配置为操纵所述辐射转换器，使得仅一部分的所述些转换器元件采取所述活动状态。
24.一种用于微光刻的投射曝光工具，包括具有检测表面的辐射检测器，且被配置为利用好于20nm的局度分辨率测量所述投射曝光工具照到所述检测表面的曝光辐射。
25.如权利要求23或24所述的投射曝光工具，被配置为实施如权利要求1至19中的任一项所述的方法。
26.一种掩模检查设备，用于检查光刻掩模，包括：
成像光学部件，利用检查辐射将掩模结构成像到像平面中；
辐射转换器，设置于所述像平面中，并具有至少二维布置的转换器元件，所述转换器元件能够分别被置于活动状态和非活动状态并被配置为仅在所述活动状态中转换所述掩模检查设备的检查辐射的波长；以及
像检测装置，检测经波长转换的辐射的原点位置，
所述掩模检查设备被配置为操纵所述辐射转换器，使得仅一部分的所述些转换器元件选择所述活动状态。
27.一种用于检查光刻掩模的掩模检查设备，具有如权利要求20至22项中的任一项所述的装置。
28.如权利要求26或27所述的掩模检查设备，其中所述成像光学部件在像侧具有至少0.8的数值孔径。
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