CN110088683B - 用于监测来自量测装置的照射的特性的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测来自量测装置的照射的特性的方法，该方法包括：使用量测装置在量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像；以及计算所获取的每个光瞳图像的不对称性值；其中每个光瞳图像是在衬底的目标的至少一个边缘上获取的。

Description

用于监测来自量测装置的照射的特性的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月16日提交的EP申请16204662.7的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于监测来自量测装置的照射的特性的方法。本发明可以应用于例如检查装置中。
背景技术
光刻工艺是一种将期望图案施加到衬底上、通常施加到衬底的目标部分上的工艺。例如，光刻装置可以用于集成电路(IC)的制造。在这种情况下，可以使用图案化装置(其替代地称为掩模或掩模版) 来生成要在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以转印到衬底 (例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或几个裸片) 上。图案的转印通常经由到在衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂) 层上的成像来进行。可以涉及步进和/或扫描运动，以跨衬底在相继目标部分处重复图案。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案化装置转印到衬底。
在光刻工艺中，经常需要对所创建的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜和用于测量套刻(在不同图案化步骤中形成的图案之间的对准精度，例如在器件中的两个层之间)和光刻装置的离焦的专用工具。最近，已经开发了各种形式的散射仪以用于光刻领域。这些装置将辐射束引导到目标上并且测量散射辐射的一个或多个性质——例如，根据波长变化的单个反射角处的强度；根据反射角变化的一个或多个波长出的强度；或者根据反射角变化的偏振——以获得可以根据其确定目标的感兴趣性质的“光谱”。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来执行：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法；库搜索；和主成分分析来重建目标结构。
用于确定结构参数的方法和装置例如在WO2012126718中公开。方法和散射仪也在US20110027704A1、US2006033921A1和 US2010201963A1中公开。除了用于确定在一个图案化步骤中制造的结构的参数的散射测量之外，这些方法和装置可以用来执行基于衍射的套刻测量。使用衍射阶的暗场图像检测的基于衍射的套刻量测使得能够在较小目标上进行套刻测量。暗场成像量测的示例可以在国际专利申请US2010328655A1和US2011069292A1中找到。该技术的进一步发展已经在公开的专利申请US20110027704A、US20110043791A、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、 US20130271740A和WO2013178422A1中描述。上述文献总体上描述了通过测量目标的不对称性来测量套刻。使用不对称性测量来测量光刻装置的剂量和焦点的方法分别在文献WO2014082938A1和 US2014/0139814A1中公开。所有提到的申请的内容也通过引用并入本文。本发明不限于应用于任何特定类型的检查装置，或者通常甚至不限于应用于检查装置。
检查装置中的常见问题是控制光学系统到目标上的聚焦的问题。很多系统需要在非常严格的公差范围内实时控制光学系统的焦点。例如在公开的专利申请US20080151228A中公开了一种用于上述类型的散射仪的焦点控制装置。从目标反射的光在两个光电检测器上以故意聚焦误差进行成像。比较两个光电检测器之间的光强度允许获得离焦的指示以及标识离焦的方向。该申请的内容通过引用并入本文。
希望提高监测来自量测装置的照射的特性的精度。例如，期望提高可以实现的焦点精度。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于监测来自量测装置的照射的特性的方法，该方法包括：使用量测装置在量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像；以及计算所获取的每个光瞳图像的不对称性值；其中每个光瞳图像是在衬底的目标的至少一个边缘上获取的。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考所附示意图来描述本发明的实施例，附图中的对应的附图标记表示对应的部件，并且在附图中：
图1描绘了光刻装置；
图2描绘了根据本发明的检查装置可以在其中使用的光刻单元或簇；
图3描绘了一种被布置为执行角度分辨散射测量的已知的检查装置，作为根据本发明的焦点监测装置可以在其中应用的光学系统的示例；
图4示出了已知散射仪的一个示例中的照射光斑与目标光栅之间的关系；
图5是根据本发明的一个实施例的用于测量光瞳的目标上的位置的示意图；
图6示出了在不同焦点设置下和目标上的不同位置处获取的光瞳图像的不对称性；
图7是示出量测装置的焦点设置与目标上不同位置的光瞳图像的不对称性之间的关系的曲线图；以及
图8是示出根据本发明的替代实施例的用于测量光瞳的目标上的其他位置的图。
具体实施方式
图1示意性地描绘了光刻装置LA。光刻装置LA包括：
-照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如，UV 辐射或DUV辐射)。
-支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造为支撑图案化装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数准确地定位图案化装置MA；
-衬底台(例如，晶片台)WT，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底W；以及
-投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，被配置为将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。
照射系统IL可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件或其任何组合。
支撑结构MT支撑图案化装置MA(即，承受图案化装置MA的重量)。它以取决于图案化装置MA的取向、光刻装置LA的设计以及诸如例如图案化装置MA是否被保持在真空环境中等其他条件的方式来保持图案化装置MA。支撑结构MT可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置MA。支撑结构MT可以是框架或台，例如，根据需要，框架或台可以是固定的或可移动的。支撑结构MT可以确保图案化装置MA处于期望位置，例如，相对于投影系统PS。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案化装置”同义。
本文中使用的术语“图案化装置”应当广义地解释为是指可以用于在辐射束的截面中向辐射束B赋予图案以便在衬底W的目标部分 C中产生图案的任何装置。应当注意，赋予辐射束B的图案可能不完全对应于衬底W的目标部分C中的期望图案，例如，在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，赋予辐射束B的图案将对应于在目标部分C中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。
图案化装置MA可以是透射性的或反射性的。图案化装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移等掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜以便在不同方向上对入射辐射束进行反射。倾斜的反射镜在辐射束中赋予图案，该图案由反射镜矩阵反射。
本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为包括适合于所使用的曝光辐射或适合于诸如浸液的使用或真空的使用等其他因素的任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任何组合。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。
如这里描绘的，光刻装置LA是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，光刻装置LA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，或者采用反射掩模)。
光刻装置LA可以是具有两个(双级)或更多个衬底台WTa、 WTb(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这种“多级”机器中，可以并行使用附加台，或者可以在一个或多个台上执行准备步骤，而使用一个或多个其他台进行曝光。
光刻装置LA也可以是如下类型：其中衬底W的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖以填充投影系统PS 与衬底W之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻装置LA中的其他空间，例如，在图案化装置MA与投影系统PS之间。浸没技术在本领域中公知用于增加投影系统PS的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不表示诸如衬底W等结构必须沉浸在液体中，而是仅表示液体在曝光期间位于投影系统PS与衬底W之间。
参考图1，照射系统IL从辐射源SO接收辐射束B。辐射源SO 和光刻装置LA可以是分离的实体，例如，当辐射源SO是准分子激光器时。在这种情况下，辐射源SO不被认为形成光刻装置LA的一部分，并且辐射束B借助于包括例如合适的定向镜和/或扩束器的光束穿系统BD从辐射源SO传递到照射系统IL。在其他情况下，辐射源SO可以是光刻装置LA的组成部分，例如当辐射源SO是汞灯时。辐射源SO和照射系统IL与光束传递系统BD(如果需要)一起可以称为辐射系统。
照射系统IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器 AD。通常，可以调节照射系统IL的光瞳平面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为“外部δ”和“内部δ”)。另外，照射系统IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射系统IL可以用于调节辐射束B以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案化装置(例如，掩模)MA上，并且由图案化装置MA图案化。在穿过图案化装置MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS 将辐射束B聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW 和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(其图1中未明确描绘)可以用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案化装置MA，例如，在从掩模库机械地取回之后或者在扫描期间。通常，支撑结构MT的移动可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现。类似地，衬底台WT的移动可以使用形成第二定位器 PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下 (与扫描器相反)，支撑结构MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、 P2来对准图案化装置MA和衬底W。尽管衬底对准标记P1、P2如图所示占据专用目标部分C，但是它们可以位于目标部分C之间的空间中(这些称为划道对准标记)。类似地，在图案化装置MA上设置有多于一个裸片的情况下，掩模对准标记M1、M2可以位于裸片之间。
所描绘的光刻装置LA可以用于以下模式中的至少一种：
1.在步进模式中，支撑结构MT和衬底台WT保持基本静止，而赋予辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后，衬底台WT在X和/或Y方向上移位，从而可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，同步扫描支撑结构MT和衬底台WT，同时将赋予辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过投影系统PS的 (缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分C的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分C的高度(在扫描方向上)。
3.在另一种模式中，支撑结构MT保持基本静止，以保持可编程图案化装置MA，并且移动或扫描衬底台WT，同时将赋予辐射束B 的图案投影到目标部分C上。在该模式中，通常采用脉冲辐射源SO，并且在扫描期间在每次移动衬底台WT之后或者在相继辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案化装置MA。该操作模式可以容易地应用于利用可编程图案化装置MA的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。
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，光刻装置LA形成光刻单元LC的一部分，有时也称为光刻单元或簇，其还包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后处理的装置。通常，这些装置包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光的抗蚀剂的显影机DE、冷却板CH和/或烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的处理设备之间移动衬底W，并且将衬底W传送到光刻装置LA 的装载台LB。这些设备(通常统称为轨道)由轨道控制单元TCU控制，轨道控制单元TCU本身由监督控制系统SCS控制，监督控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻装置LA。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。
为了使由光刻装置LA曝光的衬底W正确且一致地曝光，期望检查经曝光的衬底W，以测量诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等性质。因此，光刻单元LC位于其中的制造设备还包括量测系统MET，量测系统MET接纳已经在光刻单元LC中处理的衬底W中的一些或全部衬底。量测结果直接或间接提供给监督控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底W的曝光进行调节，尤其是在可以很快并且足够快地进行检查以使得相同批次的其他衬底W仍然待曝光的情况下。此外，已经曝光的衬底W可以被剥离和再加工以提高产量或被丢弃，从而避免对已知有缺陷的衬底W进行进一步处理。在仅衬底W的一些目标部分C有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分C进行进一步的曝光。
在量测系统MET中，使用检查装置来确定衬底W的性质，并且特别地，确定不同衬底W的性质或同一衬底W的不同层的性质如何在层与层之间变化。检查装置可以集成到光刻装置LA或光刻单元LC 中，或者可以是独立设备。为了实现最快速的测量，期望检查装置在曝光之后立即测量曝光的抗蚀剂层的性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度——已经暴露于辐射的抗蚀剂部分与尚未暴露于辐射的抗蚀剂部分之间的折射率差异非常小——并且并非所有检查装置都具有足够的灵敏度来对潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，PEB通常是在经曝光的衬底W 上进行的第一步骤并且增加了抗蚀剂的曝光部分与未曝光部分之间的对比度。在这个阶段，抗蚀剂中的图像可以称为半潜。还可以测量显影的抗蚀剂图像——此时抗蚀剂的曝光或未曝光部分已经被除去——或者在诸如蚀刻等图案转印步骤之后。后一种可能性限制了有缺陷衬底返工的可能性，但仍然可以提供有用信息。
图3描绘了已知的散射仪300。在该装置中，由照射源2发射的辐射使用透镜系统12进行准直并且被传输穿过干涉滤波器13和偏振器17，由部分反射表面16反射并且经由显微物镜15聚焦成衬底W 上的光斑S，显微物镜15具有高数值孔径(NA)，优选地为至少0.9 并且更优选地为至少0.95。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过 1的透镜。
如在光刻装置LA中，可以提供一个或多个衬底台WT以在测量操作期间保持衬底W。衬底台WT的形式可以与图1的衬底台WTa、 WTb相似或相同。在检查装置与光刻装置LA集成的示例中，它们甚至可以是同一衬底台WT。粗略和精细定位器可以被提供给第二定位器PW，第二定位器PW被配置为相对于测量光学系统准确地定位衬底W。提供各种传感器和致动器，例如以获取感兴趣目标的位置，以及将其带到物镜16下方的位置。通常，将跨衬底W在不同位置处对目标进行很多测量。衬底台WT可以在X和Y方向上移动以获取不同的目标，并且在Z方向上移动以获得光学系统在目标上的期望聚焦。在实践中，当光学系统保持基本静止并且仅衬底W移动时，可能方便的是，将操作视为和描述为好像物镜15和光学系统被带到衬底W上的不同位置。如果衬底W和光学系统的相对位置是正确的，则哪一个在现实世界中移动，或者两者都在移动在原理上是无关紧要的。
然后，反射辐射穿过部分反射表面16进入检测器18中，以便检测散射光谱。检测器18可以位于背投影光瞳平面11中(其在物镜15 的焦距处)，然而光瞳平面110可以替代地利用辅助光学器件(未示出)被重新成像到检测器18上。光瞳平面是辐射的径向位置限定入射角并且角位置限定辐射的方位角的平面。检测器18优选地是二维检测器，从而可以测量衬底目标30的二维角散射光谱。检测器180 可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40 毫秒的积分时间。
参考光束通常用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射在部分反射表面16上时，其一部分朝向参考镜14被传输穿过部分反射表面16作为参考光束。然后参考光束被投影到同一检测器18的不同部分上，或者替代地被投影到不同的检测器(未示出)上。
一组干涉滤波器13可用于在例如405至790nm的范围内或甚至更低(诸如200至300nm)选择感兴趣的波长。干涉滤波器13可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替干涉滤波器13。可以在照射路径中设置孔径光阑或空间光调制器(未示出)，以控制目标上的辐射入射角的范围。
检测器18可以测量单个波长(或窄波长范围)的散射光的强度，该强度分别在多个波长处或在波长范围上积分。此外，检测器18可以分别测量横向磁偏振和横向电偏振光的强度和/或横向磁偏振和横向电偏振光之间的相位差。
衬底W上的衬底目标30可以是1D光栅，这些光栅被印刷使得在显影之后，由实心抗蚀剂线形成条。衬底目标30可以是2D光栅，这些光栅被印刷使得在显影之后，由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或过孔形成光栅。备选地，可以将条、柱或过孔蚀刻到衬底W中。该图案对光刻装置LA、特别是投影系统PS中的色差是敏感的，并且照射对称性和这种像差的存在将在所印刷的光栅的变化中表现出来。因此，所印刷的光栅的散射测量数据用于重建光栅。可以将1D光栅的参数 (诸如线宽和形状)或2D光栅的参数(诸如柱或过孔宽度或长度或形状)输入到由处理器PU根据印刷步骤和/或其他散射测量过程的知识而执行的重建过程。
除了通过重建来测量参数之外，角度分辨散射测量还可用于测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性。不对称性测量的特定应用是用于套刻的测量，其中衬底目标30包括叠加在另一组上的一组周期性特征。使用例如图3的仪器的不对称性测量的构思例如在公开的专利申请US2006066855A1中描述。简单地说，虽然目标的衍射光谱中衍射阶的位置仅由目标的周期性确定，但是衍射光谱中的不对称性指示构成目标的各个特征的不对称性。在图3的仪器中，其中检测器 18可以是图像传感器，衍射阶中的这样的不对称性直接表现为由检测器18记录的光瞳图像中的不对称性。这种不对称性可以通过处理器 PU中的数字图像处理来测量，并且对照已知的套刻值来进行校准。
图4示出了典型的衬底目标30的平面图和图3的散射仪中的照射光斑S的范围。为了获得不受周围结构干扰的衍射光谱，已知方法中的目标30是大于照射光斑S的直径的光栅。光斑S的直径可以大于10或20μm，并且光栅宽度a和长度可以是30或40μm的正方形，可以小于2μm，并且光栅宽度和长度可以是5μm。衬底目标30可以是具有节距L的周期性衬底目标。换言之，光栅被照射“欠填充”，并且衍射信号不受目标在光栅本身外部的产品特征等的干扰。包括照射源2、透镜系统12、干涉滤波器13和偏振器17的照射装置可以被配置为跨物镜15的光瞳平面提供均匀强度的照射。替代地，但是包括照射路径中的孔径，照射可以被限制在轴上或轴外方向上。如上面引用的在先申请中描述的，经修改的散射仪可以使用所谓的暗场成像来捕获来自几个较小目标的衍射辐射，所有这些都落在同一照射光斑 S内。
无论检查装置的类型如何，通常都需要提供一种自动系统以用于监测和调节光学系统的焦点，诸如形成图3中的散射仪300的系统。如果光斑S未被聚焦，则照射将落在除了目标30之外的特征上，并且所收集的辐射将不允许目标30的性质的准确测量。如已经提到的，已知聚焦装置使辐射束穿过光学系统并且使用某种检测器系统来获得表示聚焦误差的信号。例如，在所公开的专利申请US20080151228A 中，从目标反射的光被成像到具有不同焦点偏移的两个光电检测器上。比较两个光电检测器之间的聚焦光强度允许获得光学系统的离焦的指示以及标识离焦的方向。该美国专利申请说明了可以用于获得光斑面积测量的各种简单光电检测器。该专利申请的内容通过引用并入本文。可以设想其他类型的聚焦装置，并且本公开不限于US 20080151228A的技术。
本发明的一个实施例涉及一种用于监测来自量测装置的照射的特性的方法。量测装置也可以称为检查装置。量测装置可以作为图2 所示的量测系统MET的一部分来提供。图3所示的散射仪300是根据本发明的实施例的量测装置的示例。
在图3所示的散射仪300的示例中，照射从照射源2提供。照射被聚焦到目标30上的光斑S中。本发明的方法用于监测该照射的特性。
在一个实施例中，该方法包括使用量测装置在量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像31。量测装置的每个焦点设置对应于用于尝试将光斑S聚焦在Z方向(即，竖直方向)上的不同位置处的量测装置。 Z方向垂直于目标30的平面。
特别地，每个焦点设置可以对应于量测装置的设定离焦。离焦为零对应于量测装置用于尝试将光斑S在目标30的水平处聚焦在目标 30上。与非零离焦值相对应的其他焦点设置对应于量测装置用于尝试将光斑S聚焦在目标30的水平之上或之下的特定距离(离焦值)。
具有零离焦值的焦点设置可以是量测装置的最佳焦点设置。然而，当使用量测装置的不同焦点设置时，可以获取更好的焦点。本发明的方法可以用于确定在哪个焦点设置(或在哪些焦点设置之间)下可以实现目标30上的光斑S的最佳焦点。
在一个实施例中，在目标30的至少一个边缘32上获取每个光瞳图像31。目标30是衬底W的目标。目标30可以是主要用于除了校准量测装置的焦点之外的功能的衬底W的一部分。例如，目标30可以对应于图1所示的衬底对准标记P1、P2。在一个实施例中，目标 30位于衬底W的目标部分C之间的空间中。例如，在一个实施例中，目标30位于衬底W的划道中。
量测装置用于检查衬底W的特性或性质。例如，量测装置可以用于测量在衬底W的层中形成的一个或多个图案的质量或精度。根据本发明，通过获取要通过量测装置来检查的衬底W的目标30上的光瞳图像31来监测来自量测装置的照射特性。这与已知技术不同，在已知技术中，可以使用作为量测装置的一部分的基准件的测量来校准量测装置的焦点。
特别地，如果通过测量量测装置的基准件本身来校准量测装置的焦点，则该校准的结果没有考虑量测装置将被用于的不同应用。例如，量测装置的校准没有考虑要通过量测装置来检查的衬底W的性质。
如果由量测装置形成的光斑S预期足够大并且测量大目标(例如， 40×40μm)，则这种校准方法可以为量测装置的焦点提供足够的精度水平。然而，对于新一代量测装置，量测装置被设计为将照射聚焦到具有较小尺寸的光斑S中并且在较小目标上测量，例如4.5×4.5μm 的目标。例如，在一个实施例中，通过用直径为至多20μm的照射光斑S照射目标30来形成每个光瞳图像31。在一个实施例中，通过用直径为至多10μm、至多5μm、并且可选地至多2μm的照射光斑S照射目标30来形成每个光瞳图像31。例如，根据具体示例，量测装置具有直径为1.9μm或1.8μm的照射光斑S。
使用量测装置的基准件来校准量测装置的焦点可能无法提供量测装置的焦点的足够精度。对于具有小照射光斑尺寸的量测装置而言，这可能是特别严重的问题，然而本发明不限于与具有小照射光斑尺寸的量测装置一起使用。本发明可以用于改进对来自具有任何光斑尺寸的量测装置的照射的特性的监测。
如上所述，在一个实施例中，在衬底W的目标30的至少一个边缘32上获取每个光瞳图像31。通过在衬底W的目标30上获取每个光瞳图像31(而不是使用量测装置的基准件)，可以更准确地监测来自量测装置的照射的特性。例如，在一个实施例中，可以更准确地(即，在更小的公差内)校准或控制来自量测装置的照射光斑S的焦点。
特别地，通过在衬底W的目标30处获取每个光瞳图像31，可以考虑到该衬底W的特定性质或特性。例如，量测装置的焦点的校准考虑了量测装置的每个应用。这使得更紧凑的聚焦成为可能。在一个实施例中，代替使用与应用无关的焦点设置，量测装置的焦点设置依赖于应用。结果，在量测装置的焦点设置中可以考虑到衬底W的性质，诸如可以有助于CD信号的层厚度。
此外，根据本发明的实施例的用于监测来自量测装置的照射的特性的方法比已知方法更可靠。特别地，将小照射光斑S定位在量测装置的基准件边缘处可能会出错。例如，基准件的边缘具有一定的粗糙度。该粗糙度可能导致量测装置的光斑S的焦点校准失败。在一个实施例中，衬底W的目标30的边缘不如量测装置的基准件的边缘粗糙。因此，量测装置的照射光斑S可以更可靠地定位在目标30的边缘32 上。这提高了监测来自量测装置的照射的特性的可靠性。
图5是示出用于获取光瞳图像31的目标30上的位置的图。图5 描绘了具有沿Y方向延伸的边缘32a、32b的目标30。图5所示的每个圆圈表示用于获取光瞳图像31的光斑位置33。图5示出了可以在目标30的三个光斑位置33处获取光瞳图像31。光斑位置33是由图 3和图4所示的光斑S照射的目标30上的位置。
如上所述，在一个实施例中，在衬底W的目标30的至少一个边缘32上获取每个光瞳图像31。在图5所示的示例中，在沿Y方向延伸的目标30的两个边缘32a、32b上的光斑位置33a、33b处获取每个光瞳图像31。另外，在目标30的中央的光斑位置33e处(即，在目标30的边缘32a、32b之间)获取每个光瞳图像31(即，在量测装置的每个焦点设置下获取的光瞳图像)。
图6示出了所获取的光瞳图像31。图6中的左手列表示在量测装置的不同焦点设置下获取的左手边缘光瞳图像31a。图6中的中央列表示在量测装置的不同焦点设置下在目标30的中央部分处获取的中央光瞳图像31e。图6中的右手列表示在量测装置的不同焦点设置下在目标30的右手边缘32b处获取的右手边缘光瞳图像31b。在图6 中，不同的焦点设置由在图6中以微米为单位测量的离焦D的不同值来表示。
通常在图6中可以看出，当离焦D较大时，光瞳图像31中存在较大的不对称性。这表示由离焦D的零值表示的量测装置的焦点与量测装置的最佳焦点设置相差太远。然而，可以更准确地计算量测装置的最佳焦点设置。
在一个实施例中，该方法包括计算所获取的每个光瞳图像31的不对称性值AV。不对称性值AV表示每个光瞳图像31中示出的不对称性。计算不对称性值AV的各种方法是可能的。仅作为示例，计算不对称性值AV的步骤包括对光瞳图像31的一半中的像素的强度值求和并且减去光瞳图像31的另一半中的像素的强度值。该计算步骤可以通过如下所示的不对称性公式来表示。
Figure BDA0002093426070000151
如上式所示，在一个实施例中，计算不对称性值AV的步骤包括根据整个光瞳图像31中的所有像素的强度值之和来归一化不对称性值AV。然后，计算出的不对称性值AV表示光瞳图像31中的不对称性。不对称性越大，不对称性值AV越大。
图7是示出量测装置的焦点设置(由离焦D的值表示)与光瞳图像31的不对称性值AV之间的关系的曲线图。不同的线701-703对应于目标30上的不同位置。在图7中，连接圆形点的点划线701对应于左手边缘光瞳图像31a。连接方形点的实线702对应于在目标30 的中央处获取的中央光瞳图像31e。连接三角形点的虚线703对应于在目标30的右手边缘32b处获取的右手边缘光瞳图像31b。
如图7所示，与目标30上的不同位置相对应的线701-703彼此交叉。线701-703在如下焦点设置下交叉，该焦点设置提供量测装置的照射光斑S的最佳焦点。在图7所示的示例中，所有三条线701-703 在同一焦点设置下交叉。但是，没有必要提供三条线。相反，可以通过仅计算两条线来实现本发明。这可以通过例如在目标的一个边缘32 处和在目标30的中央处获取每个光瞳图像31，或者通过在目标30 的两个边缘32处获取每个光瞳图像31来完成。
在另一替代实施例中，该方法可以通过仅在目标30的一个位置处获取每个光瞳图像31来实现。在这种情况下，图7所示的曲线的等效物将仅包括一条单线。在这种情况下，可以通过计算不对称性值 AV为零的焦点设置来确定最佳焦点设置。例如，该方法可以通过仅在目标30的一个边缘32处获取每个光瞳图像31来实现。
在一个实施例中，该方法包括计算与为零的不对称性值AV相对应的量测装置的焦点设置，以便确定具有最佳焦点的焦点设置。可能的是，用于获取光瞳图像31的焦点设置之一提供为零的不对称性值 AV。在这种情况下，可以将该焦点设置确定为具有最佳焦点的焦点设置。备选地，可能的使，用于获取光瞳图像31的焦点设置均不对应于为零的不对称性值AV。
在一个实施例中，计算与为零的不对称性值AV相对应的焦点设置的步骤包括在计算出的不对称性值AV之间进行插值。例如，在图 7所示的示例中，为零的不对称性值AV在某处介于为零的离焦D与为0.2μm的离焦D之间。可以通过在这两个计算出的不对称性值AV 之间进行插值来计算与为零的不对称性值AV相对应的焦点设置。目标30本身可以包含至少一个套刻误差。可选地，在目标30的中央处测量的光瞳图像31e的不对称性值AV可以用于补偿目标30自身中的任何不对称性。
在图7所示的示例中，最佳焦点设置可以被计算为为0.1μm的离焦D的值。对于不同的应用(例如，当使用量测装置检查其他衬底W 时)，量测装置的最佳焦点设置可以是不同的。本发明使得可以针对使用量测装置的每种情况以最佳方式校准量测装置的焦点。
在一个实施例中，使用具有偏振方向的光来获取光瞳图像31。例如，由量测装置使用的照射光可以在Y方向或X方向上偏振。在一个实施例中，量测装置的光的偏振方向与目标30的边缘32延伸的方向相匹配。例如，在图5所示的图中，目标30的边缘32a、32b在Y 方向上延伸。因此，在一个实施例中，使用具有在Y方向上的偏振方向的光来获取光瞳图像31。
图8是示出在目标30上用于获取光瞳图像31的替代位置的替代实施例的图。如图8所示，可以在沿X方向延伸的目标30的边缘32c、 32d处的光斑位置33c、33d处获取光瞳图像31。具体地，在目标30 的顶部边缘32c处获取顶部边缘光瞳图像31c。在目标30的底部边缘32d处获取底部边缘光瞳图像31d。在目标30的中央部分的光斑位置 33e处获取中央光瞳图像31e。可以使用具有在X方向上的偏振方向的光来获取光瞳图像31。
通过使光的偏振方向与目标30的边缘32延伸的方向相匹配，可以减小偏振方向对所获取的光瞳图像31的影响。Y方向上的偏振方向也可以称为竖直偏振方向。因此，竖直偏振的感测光斑S可以用于图5所示的目标30的左和右位置。X方向上的偏振方向也可以称为水平偏振。水平偏振的感测光斑S可以用于目标的顶部和底部位置 (即，水平边缘)，如图8所示。
本发明提供了用于角分辨散射测量的应用特定的焦点校准。在一个实施例中，检测光斑S小于目标30的尺寸。目标30由光斑S欠填充。这在图5和8中示出，其中使用在目标30内完全符合的感测光斑来获取中央光瞳图像31e。
在一个实施例中，目标30具有至多20μm的直径。在一个实施例中，目标30的直径为至多10μm，或可选地至多5μm。作为示例，目标30可以具有4.5μm的直径。例如，目标30可以是正方形，其边长为4.5μm。
本发明使得可以更准确地校准用于特定应用的量测装置的焦点。用于校准量测装置的焦点的方法可以包括刀口测量。例如，在图5和 8所示的目标30的边缘32处的光瞳图像31的获取对应于刀口测量。尽管没有像传统刀口测量那样定位刀口，但是光瞳图像31的两个半部中的光学性质是不同的。特别地，目标30的光学性质(例如，反射特性)不同于在目标30外部紧挨的区域的光学性质。因此，可以进行刀口测量，其中所获取的光瞳图像31具有指示照射光斑S的离焦的不对称性。这些刀口测量在待测量的应用上(即，在衬底W本身上)而不是在量测装置的基准件上执行。根据本发明的校准可以在目标感测上调用，以聚焦偏移校准。在一个实施例中，该方法包括确定特定应用的每波长的焦点校正。
通过提供针对特定应用而优化的焦点校正，可以更准确地给出最佳焦点。此外，衬底30的目标30的边缘32比量测装置的基准件的边缘更锐利。这改善了感测光斑S的定位。此外，如果焦斑S大于目标30，则在计算出的焦点校正中将考虑由此而引起的任何额外的焦点偏移。
可选地，在计算不对称性值AV之前，校正每个光瞳图像31的照射和光学不对称性。对于目标30上的每个位置，使用多个不同的焦点设置来获取光瞳图像31。不同焦点设置的最小数目是两个，以便在图7所示的曲线类型上提供两个点，在这些点之间可以绘制线。使用的更多数目的焦点设置可以提高量测装置的计算出的最佳焦点设置的精度。
在一个实施例中，仅使用零阶照射来计算不对称性值AV。这避免了添加可能以其他方式不期望地有助于焦点校正的计算的任何不对称部分。然而，在替代实施例中，可以使用更高阶。因此，可以对较高阶应用对照射和光学不对称性的校正。
在一个实施例中，所确定的焦点设置用于贯穿与目标30相邻的裸片区域检查衬底W。例如，目标30可以位于与衬底W的裸片区域相邻的划道中。一旦目标30已经用于校准量测装置的焦点，该经校准的焦点设置可以用于整个该裸片区域。
在一个实施例中，使用不同的目标30来针对衬底W的每个裸片区域校准量测装置的焦点。因此，对于衬底W的多个裸片区域中的每个裸片区域，使用与裸片区域相邻的目标30来确定具有最佳焦点的焦点设置。
然而，在替代实施例中，一个目标30用于校准量测装置的焦点，并且该经校准的焦点设置可以用于衬底W的多个裸片区域。在另一替代实施例中，对所确定的焦点设置(通过使用一个目标30确定的) 进行调节，以便对于远离目标30的衬底W的裸片区域估计具有最佳焦点的焦点设置。
因此，用户可以具有关于量测装置的最佳焦点设置如何跨衬底W 变化的信息。例如，这可以基于关于整个衬底W的层厚度的信息来获知。该信息可以用于调节量测装置的焦点校准。因此，基于来自一个目标30的焦点校准，可以在整个衬底W上确定量测装置的最佳焦点，即使对于远离目标30(即，与目标30不相邻)的裸片区域也是如此。
虽然在本公开中可以具体参考焦点监测和控制布置在诸如散射仪等检查装置中的使用，但是应当理解，所公开的装置可以应用于其他类型的功能装置，如上所述。
尽管在本文中可以具体参考IC制造中检查装置的使用，但是应当理解，本文中描述的检查装置可以具有其他应用，诸如集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测模式、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。技术人员将理解，在这样的替代应用的上下文中，本文中对术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以被视为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为或约为365、355、248、193、 157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5-20nm的范围内)、以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学元件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。另外，装置的各部分可以以包含描述上述方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序的形式来实现，或者可以以其中存储有这样的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)的形式来实现。
以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员很清楚的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (20)

1.一种用于监测来自量测装置的照射的特性的方法，所述方法包括：
使用所述量测装置在所述量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像；以及
计算所获取的每个光瞳图像的不对称性值；
其中每个光瞳图像是在衬底的目标的至少一个边缘上获取的。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
计算与为零的不对称性值相对应的焦点设置，以便确定具有最佳焦点的焦点设置。
3.根据权利要求2所述的方法，其中计算与为零的不对称性值相对应的焦点设置的步骤包括：在计算出的不对称性值之间进行插值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中计算所述不对称性值的步骤包括：对所述光瞳图像的一半中的像素的强度值求和，并且减去所述光瞳图像的另一半中的像素的强度值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中针对每个焦点设置，在所述目标的至少两个边缘上获取光瞳图像。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述光瞳图像是使用具有偏振方向的光来获取的，所述偏振方向与所述目标的所述边缘延伸的方向相匹配。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中每个光瞳图像是通过利用直径为至多20μm的照射光斑照射所述目标来形成的。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述目标的直径为至多20μm。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述目标被定位在所述衬底的划道中。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所确定的焦点设置用于贯穿与所述目标相邻的裸片区域来检查所述衬底。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中针对所述衬底的多个裸片区域中的每个裸片区域，使用与所述裸片区域相邻的目标来确定具有最佳焦点的焦点设置。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中对所确定的焦点设置进行调节，以便针对远离所述目标的所述衬底的裸片区域估计具有最佳焦点的焦点设置。
13.根据权利要求1所述的方法，其中
使用所述量测装置在所述量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像包括：
使用所述量测装置在所述衬底的所述目标上的一位置处获取一组光瞳图像，其中所述位置包括所述目标的一边缘；
计算所获取的每个光瞳图像的不对称性值包括：
计算针对所述一组光瞳图像中的每个光瞳图像的不对称性值；以及
其中，所述一组光瞳图像是在所述量测装置的不同焦点设置下获取的。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
使用所述量测装置在所述量测装置的不同焦点设置下获取光瞳图像还包括：
使用所述量测装置在所述目标上的另一位置处获取另一组光瞳图像，所述另一位置与所述位置不同；以及
计算所获取的每个光瞳图像的不对称性值还包括：
计算针对所述另一组光瞳图像中的每个光瞳图像的不对称性值，
其中所述另一组光瞳图像是在所述量测装置的不同焦点设置中的至少一些焦点设置下获取的。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述另一位置包括：
所述目标的另一边缘，其中所述另一边缘与所述边缘不同；或者
所述目标上的如下位置，所述位置使得照射光斑在所述目标内完全符合以不包括所述目标的任何边缘。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：
确定与如下的交点相对应的焦点设置，所述交点是由所述一组光瞳图像的不对称性值的数据点形成的线与由所述另一组光瞳图像的不对称性值的数据点形成的线的交点。
17.一种用于测量光刻工艺的参数的量测装置，所述量测装置可操作以执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。
18.一种计算机可读存储介质，包括机器可读指令，所述机器可读指令用于引起处理器引起根据权利要求1至16中任一项所述的方法的执行。
19.一种系统，包括：
检查装置，被配置为在衬底上的目标上提供辐射束，并且检测由所述目标衍射的辐射以确定图案化工艺的参数；以及
根据权利要求18所述的计算机可读存储介质。
20.根据权利要求19所述的系统，还包括光刻装置，所述光刻装置包括：支撑结构，被配置为保持用于调制辐射束的图案化装置；以及投影系统，被布置为将经调制的所述辐射束投影到辐射敏感衬底上。
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