TWI817520B - 判斷被待量測光瞳中照明光所照明時的光學系統成像品質之方法 - Google Patents
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Abstract
判斷該光學系統被待測量光瞳中的照明光（1）所照明時的光學系統成像品質及/或鑑定一測試結構的相位效應，在至少一維度（x）上是週期性的測試結構（5）最初係配置在該光學系統的一物件平面（4）中。指定用於照射具有小於總光瞳面積之10%的初始光瞳區域的該測試結構（5）的一初始照射角度分佈，並藉此在相對於該物件平面（4）的不同距離位置（z）中照明該測試結構（5）。如此，判斷該測試結構（5）之一初始測量的空間影像。然後重複指定照明分佈、照明及判斷該空間影像以獲得進一步照明角度分佈，並且從該些測量的空間影像、該待判斷的成像品質參數及/或由所述成像成分所判斷之該測試結構的複值繞射光譜的比較中以判斷該光學系統的成像成分。一種用於執行該方法的量測系統包含一用於該測試結構（5）的承載器（14）、一照明光學單元（9）、一用於指定該照明角度分佈的指定裝置（10）、所述針對成像品質要待檢查的光學系統（17）、及一用於判斷多個空間影像的空間解析檢測裝置（25）。此係產生改善的成像品質判斷方法。
Description
本發明係關於一種用於判斷光學系統被待測量光瞳中照明光所照射時之該光學系統的成像品質之方法。此外，本發明關於一種用於執行此方法的量測系統。選擇性或額外地，在判斷成像品質以外，本案所描述的方法有助於鑑定測試結構對光之相位的影響。
為此，此一方法與量測系統已從專利案DE 10 2019 215 800 A1所熟知。從專利案WO 2016/012 426 A1已知一種用於三維度上測量微影光罩之空間影像的量測系統。專利案DE 10 2013 219 524 A1描述一種用於判斷光學系統之成像品質的裝置與方法及一種光學系統。專利案DE 10 2013 219 524 A1已描述一種用於基於針孔的成像來確定波前的相位檢索方法。2009年，7272，Martin等人在SPIE論文集-國際光學工程學會的專業文獻中名稱「一種用於光罩的晶圓級CD量測之新系統(A new system for a new system for a Wafer Lever CD Metrology on photomasks)」已揭露一種用於判斷晶圓級臨界尺寸(CD)的量測系統。
本發明實施例之一目的係要改善一種用於判斷光學系統的成像品質之方法。
根據本發明實施例，該目的係藉由具有如申請時請求項1所述之特徵件的判斷方法來實現。
根據本發明實施例，瞭解到使用一週期性測試結構來判斷一光學系統的成像成分(imaging contribution)及/或用於鑑定該測試結構對光相位的影響的做法會產生邊界條件。隨著判斷方法的設計有所不同，該邊界條件可抑或提高判斷成像品質的精度，或是提高判斷成像品質的速度。待測光瞳可為該光學系統的一出射光瞳，特別是一投影光學單元的該出射光瞳。可判斷一複光罩光譜(complex mask spectrum)，以鑑定該測試結構對光相位的影響。該測試結構在恰好一維度上可週期性(一維測試結構)。或者，該測試結構亦可在一個以上維度為週期性，例如在二維中(2-D測試結構)。
藉由指定與該光瞳相比具有小光瞳區域之照明角度分佈，會產生在精度及/或在其速度方面對判斷方法加以改進的其他邊界條件。該光瞳區域的面積可小於總光瞳面積的5%，並且可例如不超過總光瞳面積的4%。該光瞳區域的面積通常大於該光瞳之總光瞳面積的0.001%。
藉由使用相對於其方向相對明確定義之該測試結構的照明，例如，可確保將該測試結構處的繞射效應與待測的該光學系統的成像效應分開。
除了關於測試結構之週期性的資訊(特別是該結構週期的資訊)以外，執行該判斷方法不需要知道關於該測試結構之進一步資訊。該週期可在該判斷方法內藉由已知的繞射測量步驟依次進行判斷。
光學系統可以用於將在該物件平面中的物場成像到像平面中之像場的一投影光學單元作為代表，其中該光學系統的成像品質需要被加以判斷，或者可作為如此一光學系統的組成部分。
舉例來說，該判斷方法可用於根據該光罩的繞射光譜而判斷一吸收體與一多層微影光罩之間的相位差。在專利案DE 10 2019 215 800 A1及WO
2008 025 433 A2中係描述相位差的相對判斷。然後可基於判斷的該成像品質而調整及/或校正該光學系統。判斷之該成像品質的進一步應用為綜合計算光罩之光阻中的空間影像；參見專利案WO 2017 207 297 A1。另一應用係為計算所謂的一光學鄰近校正模型。在這方面，請參考專利案DE 10 2016 218 977 A。
如申請時請求項2所述之至少近似圓形的光瞳及/或至少近似圓形的光瞳區域或橢圓形的光瞳區域係簡化該判斷方法。在該光瞳及/或光瞳區域偏離一圓形的範圍內，可將該光瞳的一半徑及/或光瞳區域的半徑計算為一平均半徑。代表相對照明角度分佈之該光瞳區域半徑的上限可為該光瞳半徑的25%、20%、15%或者10%，或者甚至可更小。
如申請時請求項3所述之方法步驟的重複係導致一判斷方法精度的改進。原則上，該方法亦可使用恰好兩照明角度分佈來執行，例如使用具有該光瞳之一中心照明的初始照明角度分佈以及使用相對於該初始照明角度偏移的恰好一照明角度分佈進行分配。
如申請時請求項4所述之測量一所測量光譜係包含獲取與該週期性測試結構的該純繞射光譜以及與該光學系統之一轉換函數有關的資訊。在該判斷方法中，此可用於將該週期性測試結構之該純繞射光譜的分量與已測量的該測量光譜進行分離，以保持該光學系統的該轉換函數以及該光學系統的該成像成分。
如申請時請求項5所述之該成像成分的判斷係簡化該判斷方法。該光瞳中之一繞射光譜的此一純位移係在霍普金斯近似的情境中為已知。在此態樣中，亦可參考專利案US 2019/0391087 A1及其中所指定的參考文獻。
如申請時請求項6所述之判斷方法係進一步簡化。
如申請時請求項7所述之重建係提高該判斷方法的品質。
這尤其適用於如申請時請求項求8所述之重建方法。在專利案DE 10 2019 215 800 A1中描述使在一測量空間影像與依賴於該要重建之測量光譜的一空間影像之間的差異降至最低。
如申請時請求項9所述之該轉換函數的重構有助於評估，例如藉由該轉換函數的振幅來評估該光學系統的變跡或藉由該轉換函數的該相位來評估該光學系統的波前像差。該變跡與該波前像差係根據判斷的該成像成分而判斷之該成像品質參數的實例。當為了判斷該成像品質而判斷該成像成分時，可重建該週期性測試結構的該繞射光譜。
以如申請時請求項10所述之方式指定該照明角度分佈係簡化該判斷方法。在多次重複指定進一步照明角分佈的情況下，所有相對的光瞳區域可分別藉由相對相鄰之光瞳區域的該繞射光譜的恰好一繞射級而間隔開。當使用2-D測試結構時，該距離可在每種情況下作為沿兩2-D座標的精確繞射級或其整數倍數存在。
以該繞射級的整數倍數形成間隔也是可能的。
指定如申請時請求項11所述之光瞳區域係有助於檢測一最大可能數量的繞射級。
指定如申請時請求項12所述之該相對的照明角度分佈已在實施中證明其價值。光闌可配置在該光學系統前面之一照明光學單元的光瞳面中。
如申請時請求項13所述之量測系統的優點對應於上面已參照該判斷方法解釋的優點。一旦借助該判斷方法在該量測系統中判斷該光學系統的該成像品質，該量測系統隨後可用於判斷一測試結構的結構，該結構在其結構方面仍是未知且例如是非週期性，這是由於隨後判斷該成像品質並可分離該量測系統來自該測試結構之結構影響的設備功能。
如申請時請求項14所述之一指定裝置的優點係對應於上面參考該判斷方法解釋的優點。可用可變方式指定一光闌孔徑，例如以可變光闌的形式。該光闌可在至少一橫向方向上移動。舉例來說，該光闌可在兩相互垂直的橫向方向上移動，別是在使用2-D測試結構時是有利的。
如申請時請求項15所述之光源可實施為一EUV光源。該光源的EUV波長範圍可在5nm與30nm之間。亦可在DUV波長範圍內的一光源，例如193nm量級的光源。
1:照明光
2:量測系統
3:物場
4:物件平面
5:測試結構
6:吸收線
7:多層線
8:光源
9:照明光學單元
10:指定裝置
11:照明光學單元光瞳面
12:照明光束路徑
13:驅動單元
14:物件承載器
15:物件位移驅動器
16:場分佈
17:投影光學單元
18、G、M:繞射光譜
19:初始光瞳區域
20:入射光瞳面
21:孔徑光闌
22:入射光瞳
24:出射光瞳
25:檢測裝置
26:影像平面
27:場分佈
28:影像場
29:強度分佈
30:暗線
31:亮線
32:雙箭頭
33:雙箭頭
下面參靠圖式以解釋本發明的多個例示實施例，其中：圖1非常示意性顯示用於當用照明光在該光學系統之待測量的光瞳內進行照明時，判斷一光學系統之成像品質的量測系統的側視圖，該光學系統包含一照明光學單元及一成像光學單元，其中特別示意分別表示該等兩單元；圖2顯示在根據圖1的該量測系統中配置在II處的二元週期性測試結構的平面圖；圖3同樣在根據圖2的平面圖中顯示在照射該測試結構之後圖1中的該照明光束路徑III處之該照明光的電磁場的場分佈；圖4再次以根據圖2的平面圖顯示該測試結構在圖1中IV處之該照明光束路徑中的一繞射光譜；圖5以類似於圖4的表示形式顯示由於該量測系統的一孔徑光闌而在邊緣處被縮減的該繞射光譜，該孔徑光闌係呈現在圖1中的V處；圖6以類似於圖5的表示顯示包括波前影響的該繞射光譜，表示成等高線，藉由該量測系統的該成像光學單元作為在圖1中之VI處的該成像光學單元之一出射光瞳區域中的測量光譜；圖7以類似於圖3的平面圖顯示在圖1中之該照明光束路徑VII處的該量測系統的一空間解析檢測裝置照射時照明光的複場分佈；圖8以類似於圖7的表示形式顯示藉由該檢測裝置所測量、在圖1之VIII處的該檢測裝置的位置處的一照明光強度；圖9以類似於圖6的表示顯示具有初始照明角度分佈的該測量系統的一測量情況，該測試結構的中心照明係由一小的中心初始光瞳區域指定，該測試結
構的第0級繞射置中位於該初始光瞳區域，以及在該孔徑光闌所指定之該量測系統的中心，圖9還示出該孔徑光闌的縮減之外的繞射順序；圖10以類似於圖9的表示顯示具有進一步照明角度分佈之該量測系統的另一量測情況，其中初始光瞳區域且因此藉由該測試結構所繞射之該照明光的繞射第0階已被取代，現已位移到根據圖9的測量情況之繞射的負第一階的位置；圖11以類似於圖9的表示形式顯示使用進一步照明角度分佈的該量測系統的另一測量情況，其係針對該初始光瞳區域，因此藉由該測試結構之繞射照明光的第0級繞射係已位移，使得現位移到根據圖9之該測量情況的一正第一級繞射的位置；圖12以類似於圖1的表示形式顯示該量測系統，具有額外的自由度，這些自由度係用於該量測系統的多個組件並且指定不同的測量情況；圖13以類似於圖9的方式顯示在一初始測量情況期間的二維二元週期性測試結構的繞射光譜，選擇的該初始照明角度分佈使得該初始光瞳區域所指定之該測試結構的繞射範圍為0階係置中位於由該孔徑光闌所指定之該量測系統的一光瞳中；圖14以類似於圖10的表示形式顯示在具有該照明角度分佈的另一測量情況期間根據圖13的繞射光譜，對於該照明角度分佈，該初始光瞳區域以及因此的第0級繞射係已經在與根據圖13的負第一級繞射位置形成的水平方向上移位；圖15以類似於圖13及圖14的表示形式顯示在具有另一照射角度分佈之另一測量情況期間的繞射光譜，其中該二維測試結構的繞射光譜在垂直方向上發生了位移，使得該初始光瞳區域且因此第0級繞射，係位於垂直方向中的正第一級繞射的位置處。
為了便於表示位置關係，以下使用一笛卡爾xyz座標系。x軸係在圖1中水平向右延伸。y軸係在圖1中與後者成直角延伸到所繪製的平面中。z軸在圖1中係垂直向上延伸。
在對應於一縱剖面的視圖中，圖1顯示量測系統2中EUV照明光或成像光1的一光束路徑，用於判斷一光學系統被待測光瞳中照明光1照射時的成像品質。在此情況下，成像配置在物件平面4之物場3中的一測試結構5。
測試結構5描述在圖2中的一平面圖。測試結構5在一維上是呈週期性，特別是沿x座標。測試結構5係設計為具有反射照明光1的吸收線6以及分別交替之多層線7的二元測試結構。吸收線6及多層線7是垂直結構。
量測系統2用於分析三維(3-D)空間影像(空間影像量測系統AIMS)。其應用包括產生一微影光罩之空間影像的，因為該空間影像亦會在一生產投影曝光設備中看到，例如在一掃描器中。為此，尤其需要測量及選擇性調整量測系統2本身的成像品質。因此，空間圖像的分析可用於判斷量測系統2之投影光學單元的成像品質，或者判斷尤其是投影曝光設備內之投影光學單元的成像品質。該等量測系統已在專利案WO 2016/012 426 A1、US 2013/0063716 A19(請參考其中的圖3)、DE 102 20 815 A1(請參考其中的圖9)、DE 102 20 816 A1(請參考其中的圖2)及US 2013/0083321 A1中描述。
照明光1在測試結構5處反射以及繞射。在該中心初始照明的情況下，照明光1的入射平面係平行於xz平面。
EUV照明光1係由一EUV光源8產生。光源8可為一雷射電漿源(LPP；雷射產生的電漿)或一放電源(DPP；放電產生的電漿)。原則上，亦可使用基於同步的光源，例如一自由電子雷射(FEL)。EUV光源的一使用波長範圍可在5nm與30nm之間。原則上，在量測系統2之一變型的情況下，亦可使用用於另一使用光波長的光源來代替光源8，例如一用於193nm之所使用波長的光源。
量測系統2的照明光學單元9配置在光源8與測試結構5之間。照明光學單元9用於以在物場3上之一定義的照明強度分佈以及同時以物場3的場點所在的一定義的照明角度分佈對待檢查的測試結構5進行照明。此一照明角度分佈亦稱為照明設定。
照明光1的相對照明角度分佈係藉由配置在一照明光學單元光瞳面11中的指定裝置10來指定。指定裝置10係設計為一孔徑光闌，其界定入射在其上入設照明光1的射束邊緣。由於這種界定而出現的照明角度分佈係由一連續、完全照明的光瞳區域表示，其面積小於量測系統2之光學系統的所用光瞳的總光瞳面積的10%。
舉例來說，如果使用之光瞳的一正規化直徑為1，則在量測系統2之光學系統的後續光瞳面中，由指定裝置10所指定的照射角度分佈之直徑可不大於0.2。在此情況下，被完全照明之光瞳區域的面積不超過總光瞳面積的4%。
指定裝置10係設計為可驅動位移的一光闌，並且其配置在物件平面4前面之照明光1的照明光束路徑12中。一用於指定裝置10之驅動位移的驅動單元係在圖1中的13處描述。借助驅動單元13，指定裝置可沿x座標及/或沿y座標移動。為了調整指定裝置10之配置平面相對於照明光學單元光瞳面11的對應關係，亦可沿著z座標進行微調。此外，驅動單元13可設計成使得光闌可圍繞平行於x軸及/或平行於y軸的至少一傾斜軸而傾斜。指定裝置10之孔徑光闌的直徑亦為可調整，特別是可用驅動方式指定。
測試結構5由量測系統2的一物件承載器14所保持。物件承載器14與一物件位移驅動器15協作以移動測試結構5，特別是沿著z座標。
在測試結構5處反射後，照明光1的電磁場具有圖3在對應圖2的平面圖表示的場分佈16。在場分佈16中，振幅以及相位值係對應於測試結構5的吸收線6與多層線7。
被測試結構5所反射的照明光1係進入量測系統2的一成像光學單元或一投影光學單元17。投影光學單元17是量測系統2的光學系統，意在檢查其成像品質。
由於測試結構5的週期性(請參考圖4)，使得一繞射光譜18係出現在投影光學單元17的一光瞳面中。
除了繞射光譜18的繞射級之外，圖4還表示由於量測系統2的初始中心照明角度分佈而產生的初始光瞳區域19。就其大小與相對位置而言，此初始光瞳區域19對應於由指定裝置10在與圖11之光瞳面共軛的照明光學單元光瞳面11中所指定的光瞳區域。測試結構5的第0級繞射係出現在此指定光瞳區域19的位置處的繞射光譜18中。此外，圖4還再現繞射光譜18的+/-第一級繞射以及+/-第二級繞射。
圖4中表示的繞射光譜18的繞射級係以此形式出現在量測系統2之光學系統的光瞳面中，例如在投影光學單元17的入射光瞳面20中。投影光學單元17的孔徑光闌21(其在邊緣處界定投影光學單元17的入射光瞳22)係配置在入射光瞳面20中。
圖5顯示入射光瞳22與在初始照射角分佈中位於入射光瞳22內之繞射光譜18的三階繞射級，特別是第0級及+/-第一級繞射。再次，圖5表示初始光瞳區域19，其係藉由指定裝置10選定用於照明。
圖6顯示投影光學單元17之出射光瞳面中的照明/成像光1的強度分佈。圖6中表示的出射光瞳24呈現為入射光瞳22的影像。
光瞳22(請參考圖5)與24(請參考圖6)是圓形的。在替代規格的情況下，光瞳22、24亦可藉由適當的孔徑光闌21而偏離圓形，其中光瞳係能夠至少近似圓形。在此情況下，可將一光瞳半徑計算為平均半徑。例如，此替代光瞳可具有橢圓設計，其半軸之間的深寬比係介於1與例如3之間。在此未示出的實施例中，光瞳22與24亦可為橢圓形。
光瞳區域19係同樣為圓形或橢圓形，或者可近似為一圓形區域。關係σ
0.2意味著此一圓形光瞳區域19的半徑不大於光瞳22、24之半徑的20%。
出射光瞳24中的強度分佈首先係從負第一、第0以及正第一級繞射的影像中找到，其次從光學系統，特別是投影光學單元17的一成像成分中找到。在圖6中藉由虛線等高線所闡明的這種成像成分可藉由光學系統的轉換函數來描述，如以下將要解釋。光學系統之不可避免的成像像差係導致出射光瞳24中存在可測量的照明/成像光1的強度，即使在繞射級附近的區域中亦是如此。
投影光學單元17將測試結構5朝向量測系統2的一空間解析檢測裝置25成像。投影光學單元17實施為放大光學單元。投影光學單元17的放大率可大於10、可大於50、可大於100、甚至可更大。通常，該放大率小於1000。
根據圖3，圖7顯示一影像平面26之區域中的照明/成像光1的一複場分佈27，其中配置檢測裝置25。
圖8顯示照明/成像光1的強度分佈29，由檢測裝置25在一影像場28中測量。吸收線6的影像在強度分佈29中呈現為低強度的基本暗線30，並且多層線7的影像在強度分佈29中呈現為更高強度的亮線31。
檢測裝置25可設計為一CCD照相機或一CMOS照相機。
圖12闡明在用於判斷量測系統2之光學系統的成像品質的方法中可能相關的自由度，特別是由圖12中未繪製的物件位移驅動器之驅動所引起之測試結構5的z位移能力(雙箭頭32)，以及用於照射測試結構5之照射角度分佈的指定裝置10之由圖12中未繪製的驅動單元13之驅動所引起之x/y位移能力(雙頭箭頭33)。
此外，指定裝置10之光闌的一孔徑寬度可藉由驅動單元13而可變地指定。
此外，圖12顯示由指定裝置10所指定之照明光1的一主光線到由一向量
所再現之測試結構5的方向。
圖8之強度分佈29的樣式中一系列測量的強度分佈係對應於測試結構5的不同z位置並且整體上作為空間影像，而在判斷量測系統2之光學系統的成像品質時，以下仍將更詳細解釋測試結構5的場分佈、測試結構5的繞射光譜，也就是說，物場分佈的傅立葉轉換、投影光學單元17之點擴展函數及其傅里葉變換、投影光學單元17的一複值轉移函數，皆藉由圖8之強度分佈29的樣式中一系列測量的強度分佈與一系列的這些空間影像來進行判斷。
在判斷量測系統2之光學系統的成像品質時，測試結構5藉由適當連接到物件承載器14而初始配置在投影光學單元17之物場3的物件平面4中。
接著，藉由指定裝置10根據居中的光瞳區域19設定初始照明角度分佈
。該初始照明角度分佈利用照明光1從由初始光瞳區域19表示的照明方向而照明測試結構5。光瞳區域19的面積係小於入射光瞳22之總光瞳面積的10%。特別地，以下適用於光瞳區域19：σ<0.2。
初始照明角度分佈
的規範，即照明的中心係使得(參考圖12)照明光1的一主光線對應於投影光學單元17的成像光束路徑中的一主光線。然後，根據定義，以下適用：在投影光學單元17的光瞳22、24之相對座標系中，
(0,0)。
現在，藉由照明光1在測試結構5相對於物件平面4的不同距離位置，即在測試結構5的不同z位置(由物件承載器14所指定)，以該初始照明角度分佈對測試結構進行照明。為了使用檢測裝置25來判斷測試結構5之初始測量的空間影像，在投影光學單元17的影像平面26中測量在藉由投影光學單元17將測試結構5成像到這些z距離位置中之每一者的範圍內的照明光1的強度，。該z距離位置亦稱為相對焦點位置。因此，針對各種z位置而測量對應於強度分佈29的之強度分佈的一堆疊。例如，可在該空間圖像測量中設定測試結構5之九個不同的z位置。在此使用的z-範圍可掃過複數個雷利(Rayleigh)單位(雷利單位=0.5λ/NA2，其中λ表示照明光的波長，NA表示照明的依數值孔徑)。
在一z距離位置所採用之與強度分佈29對應的強度分佈中的每一者可寫成I(
,z, 
)。
在此，
表示強度分佈內的相對x，y位置向量，即投影裝置25的檢測器畫素的位置。
z表示測量該強度分佈的相對z距離位置。
現在，藉由指定裝置10的光闌移動，指定用於照射測試結構5的另一照射角度分佈(具有主光線方向
)。這種位移來自圖9及圖10的比較。這是沿著投影光學單元17之光瞳22、24的x軸的位移，使得光瞳22、24由於新的照射角分佈而被完全照射的光瞳區域19現在變為停留在圖9的初始照明角度分佈的負第一級繞射位置。因此，以下適用於現在指定的進一步照明角度分佈的照明方向：在光瞳22、24的x,y座標中，
。在此：p=間距/λ，其中間距=測試結構5的周期，λ=照明/成像光1的波長。
因此，在位移之後出現之圖10的光瞳區域19的中心與初始光瞳區域19的中心(請參考圖9)的距離係正好是繞射光譜18的一繞射級。
當指定該進一步照明角度分佈時，光瞳區域19以不與光瞳22、24中的初始光瞳區域(請參考圖9中之光瞳區域19的位置)重疊的方式進行位移。
接著，在該進一步照明角度分佈中再次測量一空間影像堆疊。因此，測試結構5在測試結構5相對於物件平面4的不同z距離位置處被照明，其係使用該進一步照明角度分佈，並且相對地引導藉由投影光學單元17之照明/成像光1的強度由空間解析檢測裝置25測量，以判斷在每個z距離位置處的另一測量的空間影像。因此，現在測量的是空間影像堆疊I(
,z, 
)。
現在，可指定進一步照明角度分佈，如圖11所示，其中光瞳區域19再現了由指定裝置10所指定的照明方向
，然後在光瞳22、24內沿正x方向位
移，使得所述光瞳區域停止在圖9之初始照明角分佈的正第一級繞射的位置處。
因此，照明主光線在
方向上位移，並測量空間影像堆疊i(
,z, 
)。
此處同樣適用的是，根據圖11，另一光瞳區域19的中心與初始光瞳區域的中心(請參考圖9)的間隔正好是繞射光譜18的一繞射級。
現在，量測系統2的光學系統(即投影光學單元17)的成像成分係由這些測量的空間影像I(
,z, 
)的比較來判斷。
為了導出在此判斷期間所使用的計算關係，量測系統2之光學系統中的成像過程最初係考慮用於一離散照明方向
。
令M(
, 
)為該照明方向的複值(complex-valued)繞射光譜18。在此情況下，
表示相對於波長正規化的空間頻率(亦即無維度空間頻率)。
亦可解釋為繞射級的方向或光瞳中繞射級的x,y光瞳座標。
照明/成像光1藉由投影光學單元17的傳播對應於此光譜M乘以投影光學單元的同樣複合轉換函數(
,z)，這取決於投影光學單元之物件z的相對焦點位置。以下情況成立：
在此情況下，P表示由具有數值孔徑NA的孔徑光闌21所指定的一
光瞳函數。
係在NA內且
係在NA外。
(
)是所需的轉換函數，上面式子(1)中的最後一要素係由已知物件散焦引起的波前像差。
則投影光學單元17之出射光瞳24處的繞射光譜G(也參見圖6)為：
從其出現的場分佈27是繞射光譜G的傅利葉轉換。照相機測量其強度I(請參考圖8中所例示的強度分佈29)：
在一部分相干(partly coherent)之照明系統的情況下，照明包含複數個彼此不相干(incoherent)的照明方向。在判斷方法期間記錄具有相同照明設定但不同主光線方向
(例如
、
、
)的複數個焦點序列。測量n之照明角
度分佈的一照明方向相關權重為
。對所有焦點序列(即所
有照明設定)的總和係得出：
在此，成立的是：
。將式子(3)代入式子(4)得到：
接著係做出兩個近似：
1)最初，假設照明方向的位移僅導致光罩光譜的位移，即M(
, 
)
M(
+
)。在文獻中，此一近似係稱為霍普金斯近似。因此，當判斷光學系統在各種照明角度分佈中的成像成分時，包括有光瞳22、24中之測試結構繞射光譜18的純位移。
2)存在一相對上相干的照明設定，具有較小<<1，例如，σ
0.2。對於照
明角度分佈的權重，係出現以下情況：
。
此外，假設光學單元的轉換函數T係在由σNA所定義的區域內僅發生少量變化。也就是說，做出如下假設：對於q<σNA，T(
)
T(
+
)。始終選擇小到滿足這個條件的σ。因此，在分別指定的照明角度分佈內，對於每個照明方向
的轉換函數T是恆定的假設係包括在成像成分的判斷中。
使用這些近似值，空間影像可寫成如下所示：
現在，將已經傳播經過量測系統2的光學系統，即經過投影光學單元17的光譜S係當作新變數帶入：
代入式子(6)衍生：
因此，當在判斷方法的範圍內測量強度時，已經傳播的光譜S係被測量為測量光譜，所述測量光譜如已引導經過光學系統之週期性測試結構5的繞射光譜M而出現。測量光譜S是週期性測試結構5的繞射光譜M與光學系統之轉換函數的乘積。
對每個測量的照明方向分別執行傳播光譜S的重建實施如下：
1.從一光譜S(
, 
)開始，如上所述，其來自於各種照明角度分佈的空間影像堆疊的強度測量。
2.藉此，從上面的式子(8)計算空間影像I(
,z, 
)。
3.改變傳播的光譜S(
, 
)直到在前面的步驟2中所計算的空間影像與使用檢測裝置25在各種z位置以及各種照明角度分佈下所測量的空間影像Imeas之間的差異降至最低，也就是說解出以下最小化問題：
專利案DE 10 2019 215 800 A1中亦描述類似的重建步驟。
前段落中描述的重建結果是最佳化後的傳播光譜S(
, 
)，也就是說，在照明方向上位移的光罩光譜與投影光學單元17之轉換函數T的乘積(請參考上面的式子(7))。
現在，兩組成部分(繞射光譜M以及轉換函數T)係由傳播光譜(S)進行判斷。為此最初考慮的是測試結構5是週期性，也就是說，光譜係由
具有空間頻率
的離散繞射級所組成，其中l=-Inf...Inf是繞射的整數級。此外考
慮的是，這些照明方向，也就是照明角度分佈(而在每一者之上進行空間影像測
量)，每一者位移了n級繞射的離散數量，特別是
，其中n=0,-1,1。
對於此處所考慮的垂直結構，以下適用於繞射光譜M：
繞射光譜M，即繞射光譜18，因此是沿x座標之多個繞射點的等距鏈。
使用這些近似，藉由代入式子(7)，重建的光頻S可寫成如下：
重建的光譜在下面係被離散化，也就是說，僅考慮各個繞射級位置處的數值。以下為具n級繞射照明方向位移的重構光譜的第一級繞射：
在此，n=0,-1,1用於進行測量的各種照明方向，l=-L...L，在此，L=floor(pNA)係為NA內的最大繞射級，亦即在本實例中，L=1。
藉由採用式子(12)的對數，可得：log(S n,l )=log(T n M n+l ) (13)
log(S n,l )=log(T n )+log(M n+l ) (14)
s n,l =t n +m n+l (15)
其中s n,l =log(S n,l )t n =log(T n )以及m n+l =log(M n+l )。上面的式子(13)至(15)亦可寫成矩陣形式：
在此，I2L+1係具有(2L+1)x(2L+1)個元素的單位矩陣，02L+1係具有2L+1個元素的一零列向量。式子(16)及(17)左側的向量元素係從測量中判斷之複值傳播光譜S的對數。右側向量的元素係為繞射光譜M與轉換函數T的常用對數。M與T的這些所需的對數可藉由擬反(pseudo-inverse)矩陣pinv而從測量值中判斷：
現在，所需的繞射光譜M，亦即僅由測試結構5(請參考圖4)所選出的繞射光譜18，以及轉換函數T，也就是說，光學系統，特別是投影光學單元17之所需的成像成分可在由繞射級所定義的取樣點處進行計算：
其中l=-L-1...L+1。然後可使用這些重建的光譜，例如，以對應於專利案DE 10 2019 215 800 A1中所描述的方式判斷光罩相位。判斷方法的一特點係還存在位於NA之外的繞射級的重建(在此情況下，例如，繞射級L+1，並且在特定例示實施例中，繞射級包括順序+/-2)。甚至更高階的繞射可藉由照明方向的一進一步位移來進行重建。
其中l=-L...L。
因此，轉換函數T在振幅與相位方面進行重建。
轉換函數的振幅係反映變跡，而相位則反映波前像差。變跡與波前像差代表可從判斷的成像成分以判斷一成像品質參數的多個實例。
繞射級之間的轉換函數可選擇性藉由內插進行判斷，使得對於藉由投影光學單元17之成像光的方向亦判斷成像成分，該方向不對應於測試結構5之繞射級的方向。
使用具有沿一座標，特別是沿x座標之週期的測試結構5的實例，討論至此，其可在x軸上的繞射級重建轉換函數T。為了判斷整個光瞳上的轉換函數，可使用在二維上週期性的測試結構5，也就是說，沿著x座標與沿著y座標。這種二維週期性測試結構5的實例係二維週期性結構，諸如接觸孔網柵。這種接觸孔網柵可設計為圓形(針孔、針孔孔徑)或正方形的週期性二維配置。
如圖13至圖15所示，在此情況下，繞射級分佈在整個光瞳22、24上。在此情況下，在指定相對之進一步照明角度分佈的範圍內，當判斷方法進行時，照明方向首先在x方向上偏移一或多個繞射級，然後在y方向上偏移一或多個繞射級。
再次，圖13表示初始照明角度分佈，其中光瞳區域19配置在光瞳22、24的中心，因此繞射階數(x=0,y=0)，即(0,0)亦是如此。圖13還表示進一步的繞射級(x,y)，其中-3
x
3以及-2
y
2。
圖14顯示進一步照明角分佈，其藉由指定裝置10而將照明/成像光1的光瞳區域19移動到(-1,0)級繞射的位置而產生。
圖15顯示進一步照明角度分佈，其藉由將照明/成像光1之照明的光瞳區域19移動到藉由指定裝置10之繞射的初始(0,1)級的位置而產生。
因此，上述方法可用於判斷繞射光譜M與轉換函數T，最初係在繞射級(x，y)的位置處並且還藉由內插而在該等繞射級之間。
原則上，重建是以類似於一維情況的方式實施。由於在x與y方向上的位移，所以式子(16)、(17)中的矩陣具有更多元素數量的形式。
1:照明光
2:量測系統
3:物場
4:物件平面
5:測試結構
6:吸收線
7:多層線
8:光源
9:照明光學單元
10:指定裝置
11:照明光學單元光瞳面
12:照明光束路徑
13:驅動單元
14:物件承載器
15:物件位移驅動器
17:投影光學單元
20:入射光瞳面
21:孔徑光闌
25:空間解析檢測裝置
26:影像平面
28:影像場
Claims (15)
- 一種用於一光學系統之判斷被一光瞳(22、24)中待量測的照明光(1)所照射時的光學系統成像品質及/或用於鑑定一測試結構之相位效應的方法，該方法包括下列步驟：●在該光學系統的一物件平面(4)中配置在至少一維(x；x，y)上呈週期性的一測試結構(5)；●指定用該照明光(1)照亮該測試結構(5)的一初始照明角度分佈()，其係由連續的，完全照明的初始光瞳區域(19)表示，其面積係小於該光瞳(22、24)之總光瞳面積的10%；●在該測試結構(5)相對於該物件平面(4)的不同距離位置(z)處以該指定的初始照明角度分佈照亮該測試結構(5)；●使用一空間解析檢測裝置(25)測量該光學系統之一影像平面(26)中的該照明光(1)的強度，以判斷該測試結構(5)之一初始測量的空間影像(I(
,z,
))，其中當在每個距離位置(z)對該測試結構(5)成像時，該照明光係由該光學系統所引導；●指定用於用該照明光(1)照明該測試結構(5)之進一步照明角度分佈(
,
)，其係由連續、完全照明的另一光瞳區域(19)所表示，其面積小於該光瞳(22、24)之總光瞳面積的10%，另一光瞳區域(19)並未與該初始光瞳區域(19)重疊；●在該測試結構(5)相對於該物件平面(4)的不同距離位置(z)處以指定的進一步照明角度分佈(
,
)照亮該測試結構(5)；●使用該空間解析檢測裝置(25)測量該光學系統之該影像平面(26)中的照明光(1)的強度，以判斷該測試結構(5)之一另一測量的空間影像(I(
,z,
),I(
,z,
))，其中當在每個距離位置(z)對該測試結構(5)成像時，該照明光係由該光學系統所引導； ●從該兩測量之空間影像的一比較中判斷該光學系統的一成像成分；●從該測量的成像成分判斷至少一成像品質參數；及/或●根據該測量的成像成分判斷該測試結構(5)的一複值繞射光譜。
- 如請求項1所述之方法，其中該光瞳(22,24)具有至少一近似圓形或橢圓形邊緣，而表示該各個照明角度分佈之該光瞳區域(19)至少可近似為半徑不大於該光瞳孔(22,24)之半徑的30%的圓形或橢圓形區域。
- 如請求項1或2所述之方法，其中「指定進一步照明角度分佈」、「用指定的進一步照明角度分佈照明該測試結構」及「測量強度」的步驟係至少重複一次。
- 如前述請求項1或2所述之方法，其中「測量強度」的步驟更包含測量一測量光譜(S)並測量為透過該光學系統所引導之該週期性測試結構(5)的一繞射光譜(M)。
- 如請求項4所述之方法，其中判斷各種照明角度分佈()處的成像成分包含在該光瞳(22,24)中之該測試結構繞射光譜(M)的一純位移。
- 如前述請求項4所述之方法，其中該週期性測試結構(5)的該繞射光譜(M)與該光學系統的該轉換函數(T)包括在該測量光譜(S)中，該成像成分的判斷包括假設該轉換函數(T)對於分別指定之該照明角度分佈()內的每個照明方向是恆定的。
- 如請求項4所述之方法，其中該測量光譜(S)的重建包括在該成像成分的判斷中。
- 如前述請求項7所述之方法，其中該測量的空間影像(Imeas(,z,
))與取決於要重建之該測量光譜(S)的一空間影像(I(
,z,
))之間的差異在該測量之光譜(S)的重建期間降至最低。
- 如請求項1或2所述之方法，其中在判斷該成像成分時，該光學系統的該轉換函數(T)係在振幅與相位上進行重建。
- 如請求項1或2所述之方法，其中該另一光瞳區域(19)的中心係藉由該測試結構(5)之該繞射光譜(18)的恰好一繞射級而與該初始光瞳區域(19)的中心間隔開。
- 如請求項1或2所述之方法，其中該等光瞳區域(19)之一者係位於該光瞳(22、24)的中心。
- 如請求項1或2所述之方法，其中藉由定位在該光學系統前面的一照明光束路徑(12)中一光闌以指定該相對的照明角度分佈()。
- 一種用於執行如請求項1或2所述之方法的量測系統(2)，●具有一承載器(14)，用於該測試結構(5)；●具有一照明光學單元(9)，用於將照明光(1)引導到由該承載器(14)所指定的一物件平面(4)；●具有一指定裝置(10)，用於指定該照明角度分佈()；●具有一投影光學系統(17)，其係要檢查其成像品質；及 ●具有一空間解析檢測裝置(25)，用於測量該影像平面(26)中之該照明光(1)的該強度。
- 如請求項13所述之量測系統，其中該指定裝置(10)係實施為以驅動方式而可移動的一光闌，並且位於該物件平面(4)前面的該照明光束路徑(12)中。
- 如請求項13或14所述之量測系統，其特徵在於一用於該照明光(1)的光源(8)。
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