CN112147858B - 测量微光刻的掩模的装置和自聚焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于使用成像装置(2)测量微光刻的掩模(3)的装置(30)，其中成像装置(2)包括：‑成像光学单元(9)，具有焦平面(20)，用于成像掩模(3)，‑物平台(11)，用于安装掩模(3)，‑移动模块(18)，用于在物平台(11)与成像光学单元(9)之间产生相对移动，以及‑自聚焦装置(1)，用于通过与焦平面(20)相交的聚焦像平面(19)中的聚焦结构(13)的成像来生成聚焦像，其中该聚焦结构(13)实施为间隙(21，21′，21″)。此外，本发明涉及测量微光刻的掩模(3)的装置(30)的自聚焦方法。

Description

测量微光刻的掩模的装置和自聚焦方法

本申请要求于2019年6月27日提交的德国专利申请DE 10 2019 117293.4的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于测量微光刻的掩模的测量装置和自聚焦方法。

背景技术

自聚焦装置和自聚焦方法通常用于将物体定位在成像光学单元的焦平面中。在成像光学单元的焦距恒定的情况下，必要的是，调整成像光学单元与要成像的物体之间的距离，使得该物体位于成像光学单元的焦平面中，以便生成足够质量的像。从相机技术开始，特别是几十年来，已经知道自聚焦方法，其中例如通过在多个迭代步骤中对记录的像进行对比度评估来执行聚焦设置的优化。为了实现最佳焦距的快速设置，现有技术同样地公开了方法，其中通过投射到待成像的物体上的结构，执行评估以便直接确定与所需的焦平面的当前偏离，于是可以在一个步骤中适当设置成像光学单元，从而避免了进一步的迭代步骤。

已公开的德国专利申请DE 10 2011 082 414 A1描述了用于检查半导体光刻的掩模的设备的对应系统。

其中公开的系统是基于将周期性结构化的聚焦像通过自聚焦装置投射到聚焦像平面中，所述聚焦像平面与系统的成像光学单元的焦平面相交。

在隶属本申请人的公开的德国专利申请DE 10 2016 120 730 A1中，代替周期性结构化的聚焦像，将非周期性聚焦像投射到与系统的成像光学单元的焦平面相交的聚焦像平面中。

在通过引用的文献中描述的自聚焦方法进行聚焦期间，如果所确定的光刻掩模具有周期性和/或非周期性的结构，则可能会发生干扰性莫尔效应，从而使得测量更加困难或者甚至损坏测量。

发明内容

本发明的目的是提供一装置，该装置解决现有技术的如上描述的缺点。本发明的其他目的是指定一种在测量微光刻中的掩模的装置中确定焦点的方法。

该目的通过具有下文所述的特征的装置和方法来实现。下文还涉及本发明的有利的发展例和变型。

根据本发明的用于测量微光刻的掩模的装置具有成像装置，其中所述成像装置包括：

-成像光学单元，具有焦平面，用于成像掩模，

-物平台，用于安装掩模，以及

-移动模块，用于在物平台与成像光学单元之间产生相对移动。

此外，成像装置包括自聚焦装置，通过该自聚焦装置可以生成聚焦像。聚焦像是通过与焦平面相交的聚焦像平面中聚焦结构的成像来生成。根据本发明，聚焦结构实施为间隙。聚焦结构作为间隙的实施例的优点是，即使在具有典型的周期性结构的光刻掩模处反射的情况下，也不会发生莫尔效应，该莫尔效应可能使评估由成像光学单元所成像的聚焦结构更加困难，或者甚至无法评估由成像光学单元所成像的聚焦结构。将间隙成像在掩模的结构上，作为所谓的聚焦焦散。在这种情况下，聚焦焦散被理解为意味着至少部分不清晰地成像间隙。

在本发明的一种变型中，可以将多个间隙成像在聚焦结构上，间隙可以特别地以关于彼此旋转的方式布置，以避免可能的莫尔效应。有利地，这提供了对多个间隙的成像求平均的可能性，并因此降低由不均匀性引起的可能的测量不准确性的可能性。

在本发明的一种变型中，移动模块可以被配置为在聚焦期间移动物平台并因此移动掩模。这样的优点是可以补偿可能的掩模不均匀性。

特别地，移动模块可以被配置为在聚焦期间将物平台和掩模与其一起关于间隙的成像的取向倾斜地移动，特别是对角地移动。光刻掩模上的结构的优选的取向在x方向和y方向上彼此垂直；通过掩模关于间隙的成像的取向的对角移动，该取向在掩模的x方向或y方向上延伸，可以等同地补偿x和y方向上可能的掩模不均匀性。

根据本发明的用于使用具有成像光学单元的成像装置测量微光刻的掩模的装置的自聚焦方法，包括以下方法步骤：

a)在掩模上的聚焦像平面中成像聚焦结构，其实施为间隙，所述聚焦像平面与成像光学单元的焦平面相交，

b)记录由步骤a)产生的聚焦结构的聚焦焦散，

c)基于聚焦焦散的记录，确定成像装置的焦平面与所述掩模的表面之间的距离，

d)将掩模移动根据方法步骤c)确定的距离，

e)重复步骤a)至d)，直到该距离小于预先确定的值。

由成像装置所成像的聚焦焦散的像可以例如通过在成像光学单元的成像平面中布置的CCD相机的CCD区域传感器来记录。

在该方法的一种变型中，焦散中心可以被确定为间隙的聚焦焦散中的最高强度的位置；同样，焦散中心可以被确定为间隙的成像的聚焦焦散中的最窄收缩的位置。

此外，聚焦结构可以包括多个间隙，并且成像装置的焦平面与掩模的表面之间的距离可通过评估间隙的成像的焦散中心来确定。这样的优点是，例如将诸如成像像差的局部像差平均化，并且最佳焦点的确定不太容易受到像差的影响，并且因此较为稳定。

在本发明的一种变型中，参考线可以形成在所述聚焦焦散的记录中，所述参考线表示在给定掩模在焦平面中的最佳位置的情况下焦散中心所在的那些位置。参考线的位置可以通过例如基于对比度测量或相位测量的替代聚焦方法来确定。

此外，可以从焦散中心与参考线之间的距离来确定掩模的表面与焦平面之间的距离。在这方面，在确定聚焦焦散的像中的焦散中心之后，可以快速地确定关于参考线的距离以及因此确定关于焦平面的偏移。

此外，在聚焦测量期间，可以将掩模关于间隙的成像的取向倾斜地(特别是对角地)移动，因此可以补偿掩模的不均匀性。这样的移动使得可以补偿x方向和y方向二者上的不均匀性，x方向和y方向对应于光刻掩模上的结构的优选方向。

在该方法的一种变型中，在评估之前，可以将聚焦焦散的成像归一化，这可以同样地补偿掩模的不均匀性。

特别地，归一化是通过匹配间隙的聚焦焦散的像的每个像线的能量来实现。该像由装置的CCD相机记录，然后在它们的强度轮廓方面调整所有像线，使得对于每个成像的线，对成像的线之上的能量的求和是相同的。

附图说明

下面参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例和变型。附图中：

图1示出了根据本发明的集成到成像装置中的自聚焦装置的第一实施例，

图2示出了根据本发明的自聚焦装置的第一实施例的其他图示，

图3示出了根据本发明的聚焦结构的一个实施例，

图4a示出了成像的掩模的像的一个示例，

图4b示出了自聚焦测量的像的一个示例，

图4c示出了自聚焦测量的像的其他示例，以及

图5示出了与根据本发明的自聚焦方法有关的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的在正常操作模式下测量半导体光刻的掩模的装置30的第一实施例，并且图2示出了在持续自聚焦的方法期间根据本发明的装置30的该实施例的其他图示。

图1示出了根据本发明的装置30，其具有成像装置2和用于检查光刻掩模3形式的物的自聚焦装置1。图1中测量微光刻的掩模3的装置30还包括照明源4，其发射不相干或部分不相干的照明辐射。经由第一偏转反射镜5和第二偏转反射镜6将照明辐射引导到成像物镜7，并通过后者将照明辐射引导到光刻掩模3上以供照明目的。通过成像物镜7、部分透明的第二偏转反射镜6和镜筒光学单元8(它们一起形成成像光学单元9)，将光刻掩模3成像到CCD相机10上，以便生成一部分掩模3的像。作为示例，通过实施为显微镜的成像装置2可以很大程度上准确地确定掩模3的对准标记的横向位置。成像装置2还具有物平台11，通过该物平台，可以将掩模3横向地定位在y方向(就是说垂直于附图的平面)和x方向二者上，同样定位在观察方向上，就是说在z方向上。物平台11包括用于相对地移动物平台11和成像光学单元9的移动模块18。替代地，移动模块18可以实施为使得物平台11仅在x和y方向上移动，并且成像光学单元9在z方向上移动。此外，作为示例，仅成像光学单元9可以在x、y和z方向上移动，或者物平台11可以在x方向上移动，并且成像光学单元9可以在y方向和z方向上移动。自聚焦装置1使用照明源4以及成像装置2的成像物镜7来以聚焦像照明掩模3，并且使用成像物镜7、镜筒光学单元8和CCD相机10来记录掩模3上成像的聚焦像。为此，第一偏转反射镜5是可移位的(用双向箭头P1指示)，使得可以将其移动离开来自照明源4的照明辐射的光路，如图2所示。替代地，第一偏转反射镜5还可以实施为部分地透射，其中第四偏转反射镜16的位置是判定是否成像聚焦结构13的因素。因此，在这种情况下(图2)，照明辐射照射在第三偏转反射镜12上，该第三偏转反射镜12引导照明辐射通过相对于照明辐射的传播方向倾斜45°的聚焦结构13。然而，倾斜角还可以是大于0°且小于90°的范围内的任何其他角度。通过自聚焦光学单元14、另外两个偏转反射镜15、16、第二偏转反射镜6以及成像物镜7，将光栅结构成像到掩模3上。在这种情况下，偏转反射镜16配备为使得其是可移动(双向箭头P2)，从而使其可从图1所示的第一位置移动到图2所示的第二位置，以便使聚焦像成像在掩模3上是可能的。替代地，还可以倾斜偏转反射镜16。聚焦结构13例如可以实施为单个间隙或关于彼此旋转的多个间隙，其中，间隙主要在x/z平面中延伸，也就是说在附图平面中延伸。由于聚焦结构13的倾斜和聚焦结构13通过自聚焦光学单元14缩小地成像到聚焦像平面19中，聚焦像平面19(聚焦像位于其中)与成像装置2的成像光学单元9的焦平面20以几度的锐角相交。在图2所示的示图的情况下，假定物3的表面恰好位于焦平面20中。将聚焦结构13成像在掩模3上，因此聚焦像在掩模3处被反射并且将其通过成像光学单元9成像到CCD区域传感器S的检测器平面中。

图3示出了根据本发明的聚焦结构13的一个实施例，其中在聚焦结构13的中心形成间隙21。在各个情况下在以虚线示出的间隙21的一侧，图示了各个情况下的其他可选间隙21′、21″，其以关于间隙21在平面内旋转的方式实施，通常分别以大于或等于0至90度的角度，特别是以大于或等于5到45度的角度。在多个间隙21，21′，21″的情况下，可以通过对单独间隙21，21′，21″获得的结果求平均来确定掩模的聚焦位置。由于间隙21，21′，21″关于彼此的倾斜，避免了可能干扰确定掩模3关于焦平面20的相对位置的莫尔效应。

图4a示出了间隙21到掩模3上的成像，诸如当聚焦结构13没有倾斜，也就是说垂直于自聚焦光学单元14的光轴时，以及当掩模3的表面与焦平面20重合时会产生的。在所示的示例中，将间隙21清晰地成像。如果掩模3的表面与焦平面不重合，而是平行地偏移指定值，则间隙21将在其整个长度上表现为很大程度上均匀的不清晰度。然而，从这样的表现中，执行掩模3的表面关于焦平面20的偏移的定量确定是不可能的。

图4b示出了间隙21的成像的聚焦焦散25的像26，所述聚焦焦散在图1和图2所图示的掩模3处被反射并且被成像到CCD相机10(未示出)的CCD区域传感器S(未示出)上。在像26的中心描绘参考线23，该参考线可以从校准测量中获得，并且表示给定掩模3关于焦平面20的最佳位置的情况下焦散中心24所在的位置。在图4b所示的像26中，焦散中心位于参考线23上，也就是说在z方向上最佳地定位掩模3。如已经提到的，参考线23的位置可以被预先校准，例如通过将掩模3定位在成像光学单元9的焦平面中以及像中的聚焦焦散25中的焦散中心24的得到的位置来预先校准。在这种情况下，例如可以借助于替代的自聚焦方法来确定焦平面20，该自聚焦方法诸如在物平台11在成像方向上的移动期间记录多个像，并随后基于单独像的清晰度确定最佳焦点的位置，并且可以将掩模3定位在焦平面中。

图4c示出了CCD相机10(未示出)的像26′，其中焦散中心24不位于参考线23上。根据成像的间隙21的聚焦焦散25的焦散中心24与参考线23之间的距离，可以确定由移动模块18在z方向上需移动物平台11的距离，以便将掩模3定位在焦平面20中。

图5示出了根据本发明的自聚焦方法的流程图。

第一方法步骤40中，将实施为间隙的聚焦结构13成像在掩模3上的聚焦像平面19中，所述聚焦像平面与成像光学单元9的焦平面20相交。

第二方法步骤41中，记录聚焦结构13的聚焦焦散25，所述聚焦焦散由成像装置2成像。

第三方法步骤42中，基于聚焦焦散的记录，确定在成像装置2的焦平面20与掩模3的表面之间的距离。

第四方法步骤43中，将掩模3移动根据第二方法步骤41确定的距离。

第五方法步骤44中，重复方法步骤40至43，直到距离小于预先确定的值为止。

附图标记列表

1 自聚焦装置

2 成像装置；显微镜

3 掩模

4 照明源

5 第一偏转反射镜

6 第二偏转反射镜

7 成像物镜

8 镜筒光学单元

9 成像光学单元

10 CCD相机

11 物平台

12 第三偏转反射镜

13 聚焦结构

14 自聚焦光学单元

15 偏转反射镜

16 偏转反射镜

18 移动模块

19 聚焦像平面

20 焦平面

x，y 空间方向

S CCD区域传感器

21，21′，21″ 间隙

23 参考线

24 焦散中心

25 聚焦焦散

26，26′ 像

30 装置

40 方法步骤1

41 方法步骤2

42 方法步骤3

43 方法步骤4

44 方法步骤5

Claims (16)

1.一种用于使用成像装置(2)测量微光刻的掩模(3)的装置(30)，其中所述成像装置(2)包括：

-成像光学单元(9)，具有焦平面(20)，用于成像所述掩模(3)，

-物平台(11)，用于安装所述掩模(3)，

-移动模块(18)，用于产生物平台(11)与成像光学单元(9)之间的相对移动，以及

-自聚焦装置(1)，用于通过与所述焦平面(20)相交的聚焦像平面(19)中的聚焦结构(13)的成像来生成聚焦像，

其特征在于，

该聚焦结构(13)实施为间隙(21，21'，21”)，所述间隙使得光能够通过，其中所述间隙导致所述聚焦像具有聚焦焦散，所述聚焦焦散包括所述间隙的至少部分不清晰的成像，以及所述自聚焦装置配置为基于所述聚焦焦散确定所述成像光学单元的所述焦平面与所述掩模的表面之间的距离。

2.根据权利要求1所述的装置(30)，

其特征在于，

多个间隙(21，21'，21”)形成在所述聚焦结构(13)中。

3.根据权利要求2所述的装置(30)，

其特征在于，

所述间隙(21，21'，21”)以关于彼此旋转的方式布置。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(30)，

其特征在于，

所述移动模块(18)被配置为移动所述物平台(11)与所述掩模(3)和/或所述成像光学单元(9)。

5.根据权利要求4所述的装置(30)，

其特征在于，

所述移动模块(18)被配置为在成像平面内将所述物平台(11)和所述掩模(3)关于所述间隙(21，21'，21”)的成像的取向倾斜地移动。

6.根据权利要求4所述的装置(30)，

其特征在于，

所述移动模块(18)被配置为在成像平面内将所述物平台(11)和所述掩模(3)关于所述间隙(21，21'，21”)的成像的取向对角地移动。

7.一种用于使用具有成像光学单元(9)的成像装置(2)测量微光刻的掩模(3)的装置(30)的自聚焦方法，包括以下方法步骤：

a)在所述掩模(3)上的聚焦像平面(19)中成像聚焦结构(13)，所述聚焦结构实施为间隙(21，21'，21”)，所述间隙使得光能够通过，所述聚焦像平面与所述成像光学单元(9)的焦平面(20)相交，

b)记录由步骤a)产生的所述聚焦结构(13)的聚焦焦散(25)，所述聚焦焦散包括所述间隙的至少部分不清晰的成像，

c)基于所述聚焦焦散(25)的记录，确定所述成像装置(2)的焦平面(20)与所述掩模(3)的表面之间的距离，

d)将所述掩模(3)移动根据方法步骤c)确定的所述距离，

e)重复步骤a)至d)，直到所述距离小于预先确定的值。

8.根据权利要求7的方法，

其特征在于，

焦散中心(24)被确定为所述间隙(21，21'，21”)的聚焦焦散(25)中的最高强度的位置。

9.根据权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，

焦散中心(24)被确定为所述间隙(21，21'，21”)的成像的聚焦焦散(25)中的最窄收缩的位置。

10.根据权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，

所述聚焦结构(13)包括多个间隙(21，21'，21”)，并且所述成像装置(2)的焦平面(20)与所述掩模(3)的表面之间的距离是通过评估所述间隙(21，21'，21”)的成像的焦散中心(24)来确定。

11.根据权利要求8所述的方法，

其特征在于，

参考线(23)形成在所述聚焦焦散(25)的记录中。

12.根据权利要求11的方法，

其特征在于，

所述参考线(23)的位置由替代性聚焦方法来确定。

13.根据权利要求11或12所述的方法，

其特征在于，

所述掩模(3)的表面与所述焦平面(20)之间的距离是由所述焦散中心(24)与所述参考线(23)之间的距离来确定。

14.根据权利要求7或8所述的方法，

其特征在于，

在在与自聚焦光学单元(14)的光轴垂直的平面中聚焦测量期间，将掩模(3)关于所述间隙(21，21'，21”)的成像的取向倾斜地移动。

15.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，

在所述评估之前，将所述聚焦焦散(25)的成像归一化。

16.根据权利要求15所述的方法，

其特征在于，

所述归一化是通过匹配所述间隙(21，21'，21”)的聚焦焦散(25)的像(26)的每个像线的能量来实现。