CN101482702A - 检测方法和设备、光刻处理单元和设备、器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测方法和设备、一种光刻处理单元和设备、以及一种器件制造方法。所述检测设备配置成测量从衬底衍射上衍射时的两个分离偏振光束，以确定该衬底的特性。圆偏振光源或椭圆偏振光源经由固定相位延迟器，以改变两个垂直偏振辐射光束中的一个相对于两光束中的另一个的相位。由在检测器中测量的两个辐射光束的相对相位和该光束的其他特征得出衬底表面的特性。

Description

检测方法和设备、光刻处理单元和设备、器件制造方法

技术领域

[0001]本申请涉及一种检查方法，例如，用于通过光刻技术制造器件的制造过程中，和涉及一种使用光刻技术制造器件的方法。

背景技术

[0002]光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案成像到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

[0003]为了监视光刻过程，希望测量形成图案的衬底的参数，例如形成在其中或在其上的连续层之间的重叠误差。有多种测量光刻过程中形成的微观结构的技术，包括使用扫描电子显微镜和多种专用工具。一种形式的专用检测工具就是散射仪，在散射仪中辐射光束被引导到衬底表面上的目标上并且散射或反射光束的特性被测量。通过比较光束经过衬底反射或散射之前和之后的光束的特性，该衬底的特性被确定。例如，可通过将反射的光束与存入库中的与已知的衬底特性相关的已知测量值的数据相比来完成。已知有两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射光束导向衬底并且测量散射进入一特定窄角范围内的辐射的光谱(强度随波长变化)。角度分解散射仪使用单色辐射光束并且测量作为角度函数的散射辐射的强度。

[0004]尽管散射仪是相对较快的一种分析表面的形式，但是，只测量散射辐射的强度不是测量中最准确的，因为它不考虑辐射的、沿各个方向偏振的不同行为。例如，如果被测量的衬底目标是与一个偏振方向对齐的光栅的形式，在那个方向偏振的辐射将以与垂直那个方向偏振的辐射不同的方式散射。考虑到偏振方向，能够测量垂直偏振光束的特定参数的椭圆偏振***已经被提出。

[0005]图4示出已设想的考虑到上述情况的椭圆偏振传感器(或椭圆偏振计)的例子。来自光源P的照射辐射从衬底W的目标部分上的结构30反射，并且在其从该衬底的返回途中它沿着存在于该传感器的三个分光器的两个本征偏振之一(如图4所示本征偏振关于x或y方向被测量)线性偏振。第一分光器N—PBS将照射辐射的一部分反射至两个另外的分光器：一个分光器80将一部分照射辐射发送至成像分支；并且另一分光器82将部分照射辐射送至聚焦分支。第一分光器N—PBS是非偏振分光器，其将其余的光束导入照相机CCD。在通过非偏振分光器N-PBS后，偏振光束穿过相位调制器90，其寻常光轴和非寻常光轴已被定位为相对于x和y方向成45°角。随后，使用渥拉斯顿棱镜50将该光束分成其各自的x偏振方向和y偏振方向并且照射到照相机CCD上。偏振光束的相对强度用来确定光束不同部分的相对偏振方向。从该相对偏振方向，结构30对光束的影响可以整体地被确定。根据该结构30在光束上的影响，该结构自身的属性可被确定。

[0006]US5,880,838(Marx等人)同样描述了使用椭圆偏振法测量衬底上的结构，其中该测量***被称为偏振正交测量(PQM)。该文档描述了将偏振光束(具有横向电场TE和横向磁场TM)聚焦到该结构上。该TM和TE场不同地受到该结构衍射的影响。该TE场可作为参照来分析TM场中相位和幅度的变化。TE场和TM场的相位和幅度的关系取决于该结构的结构参数(例如孔的深度或光栅条的高度或光栅的间距)。通过测量该关系，从而结构参数可被确定。

[0007]通常椭圆偏振法不仅是测量照射束的强度变化，而且是测量散射光的偏振状态。椭圆偏振法测量两个参数：两个不同偏振束之间的相位差(Δ)和两个偏振束的振幅比(tanψ)。通过这两个参数，可以描述纯偏振光束的任何偏振状态。

[0008]具体地，如果入射光束同时具有s和p偏振，反射光束将具有反射系数Rp和Rs。Δ(Delta)是如下面方程(1)给出的反射系数Rp和Rs之间的相位差。

[0009]考虑到它们的相对偏振角度，接收的光束的强度与振幅的和成比例。例如，如果Rp和Rs两个偏振沿相同的方向排列，接收的光束的强度处于最大值。如果该两个振幅处于垂直的方向，它们互相抵消并且强度处于最小值。两个偏振方向(或方位)之间的角度为ψ，并且ψ与Rp和Rs之间的关系如下列方程(2)：

Δ＝arg(Rp—Rs)           (1)

tanψ＝Rp/Rs              (2)

[0010]图8示出了两个参数之间的关系。特别地，图8示出了一个像素的强度变化，该强度变化是通过图4的相位调制器90施加的s和p之间的相位差的函数。I是光束的强度并且P是Rp和Rs整个的偏振。假定两个振幅相同(即Rp＝Rs并且ψ＝45°)，整个光束的强度在点x处于最小值，因为偏振方向相互抵消。在点y，强度处于最大值，表示偏振方向排成直线。

[0011]图8中示出的整体强度是被调制的，示范了振幅(同样的)或大或小程度地相互抵消，因此相应变化的两个光束的相对相位可被监测(如相位调制器90所指示)。

[0012]如图4所示的***，其集成有相位调制器90(或移相器)，具有下列的特定特征。

[0013]1.施加到光上的相移需要准确地获知，因为这些相移上的任何不准确可导致Δ上相同的不准确。为了精确确定结构，期望获知强度和相位之间的关系。

[0014]2.相位调制器是波长相关的，这意味着对于使用的每一波长相位调制器不得不重新校准。

[0015]3.通过相位调制器，两个或更多的相移被施加到特定波长的每一光束上。不同地被偏移的光束的强度不得不针对每一偏移再次测量，明显占用大量时间。

[0016]4.使用移相器来分析衬底上的目标意味着对于每一相位变化目标的图像需要被记录，使得数据收集步骤远长于所希望的。在快速分析、以便如果出现对准误差能够校正后续衬底时这是不希望的。

[0017]使用该相位调制器的可能的两个技术方案已经被提出。两个技术方案均，作为它们的目标，由单个入射光束获得四个不同偏振反射子光束，以便根据测量的每个子光束的强度，测量四个已知偏振的振幅和相位差。第一个可能的技术方案通过使反射光束通过至少两个彼此以90°排布的偏振分束器、以使得辐射光束被分成两个垂直的偏振子光束并且这些偏振子光束大致地被以90°角分成相互垂直地偏振次子光束，来实现以上的目标。因此，所有的四个子光束处于0°，90°，180°和270°偏振角(相对于彼此)。渥拉斯顿棱镜及类似物也可以用于将光束分束成子光束，并且每一光束以不同的角度偏振。已经提出的一替换的解决方案是使光束经过具有四个四分区域的单个偏振装置，每一四分区域设有具有不同偏振角的偏振器，使得一个光束被有效地分到四个四分区域中，每个以不同的方向偏振(例如0°，45°，135°，180°)。在上述任一解决方案中，不同偏振的分离子光束在同一或不同的照相机中比较，以及目标在衬底上的影响对应不同的偏振角被比较。分析照相机上的图像得出反射辐射光束的结构的特性。

[0018]然而上述所有这些解决方案包括几个不同的装置，其中每一个不得不被校准而且每次光束通过所述装置时可能吸收一定量的辐射光束。而且串联的几个装置可能加剧即使存在于这些装置中的单个装置里的小的误差。

发明内容

[0019]期望在散射仪中提供椭圆偏振功能，使得从结构衍射的光束的相位差和振幅在一定的波长范围内被测量，而不使用已知的相位调制器，而且不结合太多的额外的硬件。

[0020]根据本发明的一方面，提供配置成测量衬底特性的检测设备、光刻设备和光刻单元，该检测设备包括配置成提供辐射光束的辐射光源；配置成将辐射光束以一定范围的入射角和方位角聚焦在衬底上、使得辐射光束从该衬底上反射的光学元件；配置成使辐射光束在两个不同偏振方向上偏振的偏振装置；配置成以预定量延迟第一偏振方向、以便将固定相移施加在反射的辐射光束上的移相器；以及配置成同时检测辐射光束的两个偏振方向的角分解光谱的检测器***。

[0021]根据本发明的另一方面，提供一种测量衬底特性的方法，该方法包括：提供具有椭圆偏振的辐射光束；将该辐射光束反射离开衬底表面；将反射的辐射光束分成第一和第二正交的偏振子光束；相对于第二子光束以固定量偏移第一子光束的相位；以及同时检测两个子光束。

附图说明

[0022]参照相应的示意性附图，现在本发明的实施例将通过示例的方式进行描述，其中相应的参照标记指示相应的部分，并且其中：

[0023]图1a描述根据本发明一实施例的光刻设备；

[0024]图1b描述根据本发明一实施例的光刻单元或组；

[0025]图2描述根据本发明一实施例的第一个散射仪；

[0026]图3描述根据本发明一实施例的第二个散射仪；

[0027]图4描述检测设备；

[0028]图5描述根据本发明一实施例的检测设备；

[0029]图6描述根据本发明一实施例的辐射光束的动作；

[0030]图7描述辐射光束偏振状态的表现；

[0031]图8描述从结构反射光束的强度和偏振之间的关系；

[0032]图9至图12描述根据本发明一实施例的椭圆偏振数据的测量；

[0033]图13和图14描述透镜上的灰尘的影响，偏振光透过该透镜被折射；

[0034]图15和16描述未校正的椭圆偏振测量；

[0035]图17和18描述根据图15和16的校正椭圆偏振测量；以及

[0036]图19，20，21，22，23和24描述用于确定δ的实验性的测量。

具体实施方式

[0037]图1a示意性地示出光刻设备。所述设备包括：照射***(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外辐射或深紫外辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一***PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二***PW相连；以及投影***(例如折射式投影透镜***)PL，所述投影***PL配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

[0038]所述照射***可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

[0039]支撑结构以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影***)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

[0040]这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广泛地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底目标部分上所需的图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相符，例如集成电路。

[0041]图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

[0042]应该将这里使用的术语“投影***”广义地解释为包括任意类型的投影***，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学***、或其任意组合，如针对所使用的曝光辐射所希望的、或针对诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所希望的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影***”同义。

[0043]如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

[0044]所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在将一个或更多个其他台用于曝光的同时，在一个或更多个台上执行预备步骤。

[0045]所述光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以便填充投影***和衬底之间的空隙。浸没液也可以被应用到光刻设备中的其他空隙中(例如在所述图案形成装置(例如掩模)和投影***之间)。浸没技术用于增加投影***的数值孔径在本领域是公知的。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液***于投影***和衬底之间。

[0046]参照图1a，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递***BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递***BD一起称作辐射***。

[0047]所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部的径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

[0048]所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，所述辐射束B通过投影***PL，所述PL将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二***PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一***PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于将图案形成装置(例如掩模)MA相对于所述辐射束B的路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一***PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二***PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述支撑结构(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如掩模)MA上的情况下，所述掩模对齐标记可以位于所述管芯之间。

[0049]可以将所述设备用于以下模式的至少一种：

[0050]1.在步进模式中，在将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将支撑结构或图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和所述衬底台WT保持为基本静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

[0051]2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对支撑结构或图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过所述投影***PL的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

[0052]3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。

[0053]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。

[0054]如图1b所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称作簇)的一部分，所述光刻单元也包括用于在衬底上实现曝光前和曝光后的工艺的设备。通常，这些包括用于淀积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于对曝光过的抗蚀剂进行显影的显影器DE、激冷板CH以及烘烤板BK。衬底输送装置或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，将其在不同的工艺设备之间移动，并将其传递给光刻设备的进料台LB。通常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制***SCS控制，所述管理控制***SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以***作用于将生产量和处理效率最大化。

[0055]为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检验经过曝光的衬底以测量属性，例如在连续层之间的重叠误差、线宽、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对连续的衬底的曝光进行调整(尤其是如果检验能够即刻完成并足够迅速到使同一批次的其它衬底仍处于待曝光状态时)。已经曝光过的衬底也可以被剥离并重新加工(为提高产率)，或被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在仅仅衬底的一些目标部分存在缺陷的情况下，还可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。

[0056]检验设备被用于确定衬底的属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的属性如何从层到层变化。检验设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能最迅速地测量，需要检验设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层上的属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度(在抗蚀剂的经过辐射曝光的部分和抗蚀剂的没有经过辐射曝光的部分之间仅有很小的折射率差)，且并非所有的检验设备都对于对潜影进行有效测量具有足够的灵敏度。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)中进行，所述曝光后的烘烤步骤(PEB)通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加了抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像被称为半潜在的。也能够在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点上，或者在诸如蚀刻等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底的重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息。

[0057]图2描述可用于本发明实施例中的散射仪SM1。它包括在衬底W上投射辐射的宽带(白光)辐射投影仪2。反射的辐射传送至光谱检测器4，该光谱检测器测量特定反射辐射的光谱10(作为波长函数的强度)。根据该数据，引起的检测光谱的结构或轮廓可在处理单元PU中例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与图2底部所示的模拟光谱库的比较重建。通常，用于重构该结构的大体形态是已知的，并且一些参数是根据制造该结构的过程中的知识而假设的，留下所述结构的一些参数由散射仪数据确定。这样的散射仪配置为法向入射散射仪或倾斜入射散射仪。

[0058]根据本发明的实施例的另一个散射仪SM2如图3所示。在该装置中，由辐射源单元2发出的辐射采用透镜***12通过偏振器17被准直，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(优选至少0.9或更优选至少0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的透镜。然后，所反射的辐射透射通过部分反射表面16到达检测器18，以便检测散射光谱。光谱可以通过处理单元PU被处理。检测器可以位于在透镜***15的焦距上的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在所述检测器上再次成像。所述光瞳平面是在其上辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。所述检测器优选为二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射谱。检测器18可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。

[0059]参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到分束器16上时，辐射束的一部分作为参考束通过所述分束器朝向参考镜14透射。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上。

[0060]一套干涉滤波片13适于选择405—790nm或更低，例如大约200—300nm范围内感兴趣的波长。该干涉滤波片可以是可调的，而不是包括一套不同的滤波片。光栅可被用来代替干涉滤波片。

[0061]检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射的光的强度，所述强度在多个波长上是独立的，或者所述强度集中在一个波长范围上。进而，检测器可以分立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。

[0062]使用宽带光源(即具有宽范围光频率或波长—因此具有宽范围颜色)是可能的，这给出大的集光率(etendue)，允许多波长的混合。该宽带中的多个波长优选每一个具有δλ的带宽和至少2δλ的间隙(即两倍的波长)。辐射的几个“源”可以是扩展辐射光源的被光纤束分开的不同部分。这样，多波长上的角分解散射光谱可以并行地被测量。3-D光谱(波长和两个不同的角度)可被测量，它包含比2-D光谱更多的信息。这使得更多信息被测量，其增加了量测过程的鲁棒性。这在EP1,628,164A中更详细的描述。

[0063]衬底W上的目标可以是光栅，所述光栅被印刷(例如，使用上述的光刻***)，以使得在显影之后，条纹由实抗蚀剂线形成。替代地，所述条纹可以被蚀刻入衬底中。该图案对于光刻投影设备，尤其是投影***PL中的像差敏感，而照射对称度和这种像差的存在将表现为在所印刷的光栅中的图案的变化。相应地，所印刷的光栅的散射仪数据被用于重建光栅(这样，确定在光刻单元的任何部分中或者在衬底相对于光刻单元的对齐过程中是否存在误差，其中所述误差表现为在目标中的变化)。光栅的参数(例如线宽和线形)，可以被输入到重建过程中，所述重建过程由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他散射仪步骤的已知知识进行。

[0064]如上面讨论的，简单散射仪的构造是椭圆偏振计，其被用来使用反射光的稍微不同的参数确定衬底上结构的形状和其他特性。实现此的方式是如图4所示入射光束从衬底W上被反射，该入射光束反射离开目标结构30。该反射光束通过显微镜物镜24，通过非偏振分束器N—PBS并且通过聚焦透镜(或其他光学元件)到达照相机CCD。

[0065]在前面讨论的想象实施例中，光束被另一个分束器50分束并且被导向照相机CCD。在该点，光束或是TM(横向磁)偏振光束或是TE(横向电)偏振光束。显微镜物镜24的光瞳面PP在图4中示出。在这个光瞳面PP上显微镜物镜聚焦从衬底W表面反射和散射的辐射。在该光瞳面PP生成的图像随后使用透镜或其他光学元件重新生成在照相机CCD上，使得需要的图像包含可能的最大量的信息(即由于在照相机CCD孔径外没有锐度或辐射散射的损失)。

[0066]图4也示出了相位调制器90，所述相位调制器90位于非偏振分束器N—PBS和分束器50之间，该分束器在那些偏振光束传输至照相机CCD之前分离偏振光束。沿着相位调制器90的非寻常轴和寻常轴方向定位的eo坐标***也在图4中以圆形示出，并且示出了非寻常轴和寻常轴相对于***的x轴和y轴的相对位置。E_o和E_e分别是散射场的沿e和。方向上的未知的复振幅。出于本发明的目的，只有与反射系数R(由此Ro和Re或Rs和Rp)有关的复振幅的实部被处理。在该***中，与相位调制器预定义的变化的相位相比，该反射系数使得该***能够确定结构30的参数。

[0067]为了移除相位调制器90，由单个入射光束获得四个不同偏振反射子光束，以便根据每个子光束的测量的强度，测量四个已知偏振的振幅(Δ)和相位(ψ)的差值。对于每一偏振方向，结构30在辐射光束上的影响是不同的，因此测量不同偏振方向上每一个子光束的特性产生结构30的重建。但是，在辐射光束从衬底表面上反射之后对辐射光束进行处理存在着给测量加入误差的风险。

[0068]在本发明的一个实施例中，另一方面，光束不使用另外的装置被分成子光束。在一个实施例中，该***不具有移相器(或调制器)的问题。本发明的一个实施例使用如图4中所示的基本设备，但是取代使用移相器90，相移(或延迟δ)是固定的。对于给定的波长，相移可以是未知的，但是可以从后面将要讨论的整个光瞳结果的数据分析中确定。

[0069]根据本发明实施例的设备在图5中描述。来自源P的波长固定的具有已知偏振态p的光或辐射从衬底W表面上的目标30反射以被研究。出于校正目的，目标30可以只是衬底的平面表面。波长固定的光或辐射在多个入射角度(例如θ₁＝0—80°)并且所有方位角(A＝0—360°)上反射。在此范围内的范围(或甚至在列出的入射角的范围之外)同样可以被选择用于校正或其他目的，取决于适合的处理容量。反射光束或辐射光束(作为入射光束)包括具有不同偏振态的全部合适范围内的光线。反射的光束或辐射光束被显微镜物镜24接收并聚焦在光瞳面PP上，这出于与上面图4同样的原因而在照相机CCD上重建。

[0070]如上面指明的，椭圆偏振计比较p偏振分量的反射系数和s偏振分量的反射系数。当使用线性偏振光时，在方位角(A)0和90°上，来自其他偏振角的信息将丢失，因此发现椭圆偏振计在方位角A＝45°和135°时处于其最佳状态，这两个方位角是相对于偏振分量的角度并且不抵消这些分量。

[0071]测量的辐射光束的径向位置正比于入射光束的入射角。其方位角A如图5和图6中底部示出由正x轴中计算得出，其中入射光束的方位角被标为Ai。在校正步骤中，辐射光束以所有入射角和所有方位角被检测并被记录，并且从一平面表面反射，使得光束的偏振状态没有受到影响。知道光束根据其入射角和方位角而看起来是怎样的使得光束能够在极坐标中被描述，其对于在反射光束的CCD照相机处的测量是有用的。光束的“描述”可采用图9所示图像的形式，其中图像的中心示出了辐射的强度，所述辐射沿着衬底的法线N(或图6中的z轴)反射，并且图像的***示出了以相对于法线N形成的最大角(例如80°)反射的辐射的强度。

[0072]诸如图2或图3中所示的散射仪等散射仪的基本装配可被使用。显微镜物镜24接收从位于衬底W上的结构30反射的光束。该入射光束在反射离开结构30之前已穿过显微镜物镜，或可能已经使用其他装置被聚焦。为了能够对应所有方位角和入射角测量反射光束，入射光束具有圆(或椭圆)偏振光而不是线性偏振，能够在所有的偏振方向上被测量并且减少在反射过程中一些光束损失的风险。损失的风险被减小，因为即使来自一个偏振态的信息丢失，也会有几个偏振态被保留下来用于测量。

[0073]用于每一次测量的入射光具有固定波长并具有已知偏振态。如上所述，同一波长和偏振态在多个入射角(0—80°)和所有方位角(0—360°)被研究。返回或反射光束包含有效地无限数量的具有不同偏振态的光线。

[0074]图5示出了椭圆偏振的组合光束或辐射光束，所述组合光束或辐射光束进入非偏振分束器N—PBS，在此大约50％的光或辐射将透射并且50％的将被反射(尽管此处分束器可以被制造和使用或使用透射和反射各个百分比的入射辐射)。透射光束的椭圆偏振数据在偏振分束器50(例如渥拉斯顿棱镜)的帮助下通过将透射光束的x-和y-偏振分量I_x和I_y的能量分离来测量。其引出正交的偏振子光束。为了进行比较、以给出从结构反射的光束状态的完整图像，需要改变不同偏振态的子光束的相对相位(例如，为测量相对相位差变化的多少或由此该重组合的子光束生成圆或椭圆偏振光，其引发照相机生成的有用的图像)。

[0075]然而，没有使用如图4中使用的可变移相器90，不存在可变化的或可调整的相移。更合适地，e振幅和。振幅之间的相移或延迟δ可以是固定的，如图7中所示的。更详细地，图7以圆形示出第一偏振方向，以在横截光束方向上的线形示出第二偏振方向。延迟δ作为这两个代表性符号之间的距离示出。该延迟δ优选地在90°或270°的区域。该延迟可被例如四分之一波片产生。如果该延迟不是确切知晓的，它可以如在下面参照图9—12所讨论的、从离对角线(off-diagonal)或全部光瞳信息的结果中导出。

[0076]图6示出了强度为Ii的入射光束，与法线N或z轴z成θ_i入射角并且与x轴成A_i方位角。该入射光束从衬底W的表面反射，并且沿新的方向、以与法线N成θ_r的反射角并且与x轴成A_r的方位角作为反射光束被传送。该反射光束被分束器50分成强度为I_x和I_y的两个子光束。由于分束器的工作方式，两个子光束具有不同的偏振态，如在图7中所见。在入射光束中两个偏振态之间加入的延迟或相移δ变成被反射并分开的子光束的复振幅之间的相位差Δ。

[0077]椭圆偏振光束通过组合两个强度I_x和I_y可在照相机上被重建，所述两个强度I_x和I_y是具有由固定的移相器100引起的固定相对相移δ的光束的两个测量的强度，并且它们代表两个不同偏振光束的强度。

[0078]平均强度，m，由下列公式给出：

[0079]m＝I_x+I_y                   (3)，

[0080]其中强度之间的差d为：

[0081]d＝I_y-I_x                  (4)

[0082]对于没有光栅结构的表面，p(Rp)和s(Rs)的反射系数基本上独立于方位角A，其占用大部分用于校正目的的空白表面。这意味着两个偏振子光束的反射系数Rp和Rs(以及它们的组合)不是A的函数。另一方面，强度I依赖于A和反射系数R。

[0083]平均强度m不依赖于延迟(δ)，因为两个偏振子光束的强度仅仅叠加一起并且单个所得的强度可在检测器上被轻易的测量：

m＝I_x+I_y＝Rp²(C₄+C₂S₂)+Rs²(S₄+C₂S₂)

因此                                           (5)，

m＝0.5(Rp²+Rs²)+0.5C(2A)(Rp²-Rs²)

其中

C₄＝cos(A)⁴

S₄＝sin(A)⁴

C₂S₂＝cos(A)²sin(A)²           (6)

C₃S＝cos(A)³sin(A)

CS₃＝cos(A)sin(A)³

C(2A)＝cos(2A)

[0084]知道了入射光束的方位角A和来自检测器测量的m，tanP可使用下面公式导入方程(5)而被导出：

$\tan \mathrm{\ψ}=\frac{\mathrm{Rp}}{\mathrm{Rs}}$ 或 $\mathrm{\ψ}=\arctan \frac{\mathrm{Rp}}{\mathrm{Rs}}---\left(7\right),\left(8\right)$

[0085]另一方面，当考虑强度之间的差时，由于在不同偏振状态的两个子光束之间存在相位差，确定两个状态的强度之间的差使得需要考虑相位差。而且，两个子光束之间的强度差同时取决于施加的相移或延迟δ以及反射后引发的相位差Δ。因此，强度之间的差由如下给出：

d＝I_y-I_x＝{Rp²(C₄-C₂S₂)+Rs²(S₄-C₂S₂)}cos(δ)+...

...RpRs{cos(Δ)cos(δ)4C₂S₂+sin(Δ)sin(δ)2(C₃S+CS₃)}           (9)

[0086]当δ是已知的或是估计的时，如接下来相对于图9，10，11和12所讨论的，并且当Rp和Rs由上述方程(5)和(8)确定时，cosΔ(偏振态之间的相差)容易被获得。

[0087]不管在校正过程还是在衬底W上的结构的重建过程，椭圆偏振光束对应已知的I_x和I_y的值被重建。施加椭圆偏振光束强度之间的关系至各个分量的振幅(如图8所示)给出了可以输入上述方程(1)和(2)的振幅。因此，重建的光束给出了相位差(Δ)和相对振幅方向(tanψ)，从而引出结构30的参数。换句话说，期望的参数Δ和ψ可通过测量每个像素上两个接收的强度的平均值以及对应在图5的CCD照相机上所测量的每一像素的两个强度之间的差来确定，只要延迟δ是固定的或已知的(或是如下所述那样被估计的)。

[0088]图9—12描述通过图5的照相机CCD接收的椭圆偏振数据。图9—12中轴上的数字是来自CCD照相机的像素数，并且图像与拾取来自衬底表面的反射和散射辐射的显微镜物镜的光瞳面上的图像一样。每幅图的中心点是光瞳面的中心，代表沿法线传播的辐射。“块(lot)”或衬底W的边缘成像在光瞳面的边缘，并且此部分图象上的像素示出了以相对于法线成最大角度，例如与法线成80°反射的辐射。

[0089]更详细地，图9示出了入射在照相机CCD上对应每一像素的辐射光束的反射角范围上的平均密度。在图9所示的例子中，使用550nm波长的辐射。

[0090]图10示出了同样是对于每一像素在反射和散射辐射光束的相同区域上强度之间的差d。基于图9和10所示的平均强度m和强度差d对ψ和Δ的评价分别使用上面列出的方程式(5)和(9)执行。

[0091]关于方程(9)，执行迭代程序(其被最优化算法执行)来确定δ的值，以便随后确定Δ的值。首先，估计δ的值。当使用四分之一波片时，好的估计值为1.5弧度(或大约B/2弧度，即90°)。这是因为四分之一波片在一个偏振方向上延迟四分之一波长，有效地调制整个光束的偏振B/2弧度(并且将线偏振光调制成圆偏振光)。因此，相移δ大概在1.5弧度的范围内。

[0092]对δ的估计值被输入到上述方程(9)的第一部分中。从而对应每一像素计算出d值。这些d值在图10中示出。如果δ值已经被正确地估算，函数

d-[Rp²(C₄-C₂S₂)+Rs²(S₄-C₂S₂)]*cos(δ)        (10)

应该是根据对角线为对称的并且不具有轴对称分量。如果不是这种情况，迭代地变化δ的估计值直至d的x轴值和y轴值呈现对角线对称。

[0093]图11示出了ψ的像素值，其使用通过其在照相机处的检测和其导入至方程(5)而得到的m值来导出。假设1.50弧度的延迟δ，ψ的图像在图11中示出。

[0094]Δ的像素值在图12中示出，具有来自图10中的d值和从方程(9)确定的δ。图11和12描述了ψ和Δ的变化，其可以被测量并被解释为用于导出偏转辐射光束的表面的形状。图像中的非对称性以及从***至图像中心的阴影中的变化引起参数的可测量的变化，所述参数在被检测器接受后被用来重建辐射光束，从而确定衬底表面对辐射光束的影响。表面对辐射光束的影响直接与表面上任何物体的形状有关系因此能够将其导出。

[0095]因此，根据图11和12所示的椭圆偏振数据可确定ψ和Δ的变化。所述设备和方法的好处在于：强度可以被同时测量，使得没有损失测量时间，并且该测量真正地和基本散射仪的测量一样迅速，而且具有分开测量分开的偏振态的好处。这使得例如激光等脉冲光源可被使用。此外，移相器可以是一个简单的具有大约90°延迟的四分之一波片。这意味着为了能够完成非常深入的分析，只需要更少的硬件。更详细地，所述的椭圆偏振计允许测量的全光瞳分析，不只是在方位角A＝45°和A＝135°的对角线上。以前该全光瞳的方式是不可能的，因为所有反射角度以前在上述方程(5)和(9)中是不能用的。在不知道通过移相器的延迟的情况下，延迟δ可根据上述的有关沿着x/y轴的对称性或沿45°/135°对角线的对称性的离对角信息来获得。该延迟δ的确定通过使用优化运算法则可被快速获得，并且随后快速获得P和Δ的值。

[0096]使用上述的固定延迟椭圆偏振计的另一个好处是：按照下面描述的，物镜的不规则可以被容易地补偿。

[0097]如上面讨论的，椭圆偏振计不同于散射仪或反射计之处在于：其不仅测量p偏振态和s偏振态的反射光强度，而且还测量p偏振态和s偏振态(Rp和Rs)的反射振幅(或反射系数)之间的相对相位差。详细地，椭圆偏振计使用P偏振态相对于s偏振态的相对相位差来重建椭圆偏振光。

[0098]上述椭圆偏振计的独特性在于对于所有的入射角和所有的方位角测量反射系数。

[0099]在传统的散射仪中，像在椭圆偏振计中那样，圆形光瞳图像记录在CCD照相机上，在此处在极坐标中，所述角度(例如与中心对称轴所成的弧度)等于被成像光栅的方位角，并且在此处图像的半径等于入射到该结构(即该光栅)上的光的入射角度。然而，传统的散射仪存在的问题是：透镜***的清洁使得作为入射角和方位角的函数而被记载的反射强度退化，因为只使用反射强度的直接测量来生成该图像。

[00100]以前只有一种暂时的解决方式，其首先从大约100％反射的铝镜(即，完美镜子)获得强度图像，以获得镜子的反射图。第二步是随后根据光栅或等同结构形成类似的图像并且相对于镜子反射图逐点地归一化该图像。一个图像相对于另外一个的归一化引起的任何差异可能是由于透镜上落上的灰尘并且因此可用数学方法消除。这是不太费力的校正过程，起码不会超过保持完美镜子的困难。

[00101]在散射仪中，使用完美镜子的校正能够大大地消除ψ对灰尘的敏感度，但是不能消除Δ对灰尘的敏感度。但是，使用上述的椭圆偏振计，光学元件上的灰尘微粒对I_y—I_x没有影响，这归功于I_y—I_x依赖两偏振态之间的相位差，该相位差同诸如反射系数等绝对值一样不受灰尘影响。

[00102]该优点在图13和14中得到证明。图13示出了典型散射仪的过程，其中偏振光通过透镜L发光，在透镜上有污垢微粒或灰尘101。在传统的散射仪中，校正步骤用来确定灰尘微粒101对每一个s偏振态和p偏振态的反射光束Rp和Rs的影响。但是，在图14中所示的椭圆偏振计中，尤其是相位测量中，该校正步骤可被省略。具有已知相移的椭圆偏振光在椭圆偏振计中使用。使用该椭圆偏振光，可能在反射中引起10％的相移的灰尘或污垢微粒101在p-偏振态和s-偏振态之间只引起很小的额外相移Δ’。而且，该移动对于反射的p偏振光线和s偏振光线来说是一样的。因为在椭圆偏振计中，相位差用于Δ，由灰尘微粒引起的微小的影响被略去。

[00103]该效果已通过实验确认。在传统的相位步进椭圆偏振计(构造成对应所有方位角和入射角的散射仪)中，通过利用镜子校正图(使用上面讨论的铝镜)进行校正或者不进行校正，而对Δ和ψ进行测量。已经在纯硅、具有2000nm氧化物的硅以及100nm氧化物的铝镜上进行测量。在实验中表明在椭圆偏振计算的Δ中没有发现影响。

[00104]在如上面所描述的另一类型的椭圆偏振计中，已经被发现的类似的但是显著小的差在椭圆偏振地实现的Δ中运行。

[00105]550nm波长辐射在硅上的ψ和Δ的完整光瞳图像图在图15—18中示出。图15示出了ψ的没有校正的测量值。图16给出了Δ的没有校正的测量值。另一方面，图17示出了在光瞳极坐标中ψ的校正的测量值，并且图18给出了光瞳极坐标中Δ的校正测量值。如所见的，由于使用椭圆偏振测量，图16和图18之间的差异很小表明不需要校正。

[00106]进一步的实验结果在图19，20，21，22，23和24中示出。

[00107]在实验过程中已经发现，根据图像的强度m(作为A，Rp和Rs的函数)以及图像的强度d(作为Rp，Rs，δ和Δ的函数)的差，对于从延迟器100引入的相位δ的单个已知量，Δ的椭圆偏振值可以确定。

[00108]在椭圆偏振的Δ和ψ以及散射的Rp和Rs独立于方位角A的情况下，完成此的方式是根据多层衬底的测量，在此可使用菲涅尔方程。根据一个单个可测量的函数d并且结合已知的δ，椭圆偏振的Δ能够通过由上述方程(9)导出的公式得出：

d＝p(A，Rp，Rs)*cos(δ)+q(A，RpRs)*cos(δ)*cos(Δ)+r(A，RpRs)*sin(δ)*sin(Δ)

(11)

$d=p(A,\mathrm{Rp},\mathrm{Rs})*\cos \left(\mathrm{\δ}\right)+q(A,\mathrm{RpRs})*\cos \left(\mathrm{\δ}\right)*x+r(A,\mathrm{RpRs})*\sin \left(\mathrm{\δ}\right)*\sqrt{1-x^2}$

(12)

[00109]这与上述类型的使用可变的移相器的相位步进椭圆偏振计相比，优点在于相对简单的数学运算，因为当使用固定的δ时，作为记录的傅立叶方法的一组d(δ)图是不需要的。

[00110]使用该椭圆偏振计的关键是尽可能精确地确定固定相位值δ。在本发明中其值可以根据方位依赖函数d的结构来确定。详细地，根据方程(11)的子函数d，p(A，Rp，Rs)表现不同于子函数d，q(A，Rp，Rs)和r(A，Rp，Rs)，因为函数p是关于x-和y-轴镜像对称的，函数q和r都是关于对角线镜像对称的。根据此特性，方程(11)和(12)的变量的直接分离是可能的，其引发d的确定。这将在下面参照图19至24进行解释。

[00111]第一步是优化(未知的但可改变的)δ的值，以使得d-p*cos(δ)只沿对角线对称。

[00112]图19示出了对于又一未知的固定相位δ的函数d的图。图20和21示出函数p(A，Rp，Rs)的两个分量。这些分量从测量的函数d中减去。如果δ被正确选择，使得只沿对角线对称并且执行减法(d-p*cos(δ))，结果是图像只沿对角线对称，如图22所示。

[00113]图23和24给出构建图像d的分量q和r。可通过选择沿对角线的图22的镜像来实现优化δ。然后，它与原始的图22相比较(即，从原始图22减去)来确定在对称性上的不同。这样，可以以0.01弧度的精度确定δ。最可靠的Δ值可使用大约1.52弧度或0.25×波长的相移来导出。

[00114]总之，使用椭圆偏振计建立椭圆偏振辐射、特别是使用Δ输出数据的好处是散射仪的性能和精确度可以被大大地提高。现有技术中的许多校正步骤可以省略，并且其主要用于镜像反射图。如上所述即使灰尘微粒在椭圆偏振计的物镜上，这对于Δ的测量没有任何影响。这简化了重建在衬底上的结构的整个方法并且增加了重建的最终精确度。

[00115]尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学***、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代的应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

[00116]尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要上下文允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。

[00117]这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

[00118]在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。

[00119]尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

[00120]例如，计算机***的软件功能包括程序设计，包括执行代码，可被用来执行上述检查方法。软件代码可被通用的计算机执行。在操作中，代码和可能的相关的数据记录可被存储在通用的计算机平台上。但是，往常该软件可存储在其它位置和/或传输加载至适当的通用的计算机***中。因此，上述的实施例包括一个或多个采用一个或多个由至少一个机器可读介质承载的代码模块形式的软件产品。此代码由计算机***的处理器的执行使得平台本质上执行此处讨论和说明的实施例中实施的行为。

[00121]此处使用的术语，例如计算机或机器“可读取介质”，指任何参与给处理器提供执行用的指令的介质。这样的介质可以是多种形式的，包括但不限于，永久性介质、非永久性介质、以及传输介质。永久性介质例如包括光盘或磁盘，诸如在任何计算机中如上述操作的任何的存储装置。非永久性介质包括动态内存，例如计算机***的主内存。物理传输介质包括同轴电缆，铜线和光纤，包括计算机***内的总线线路。载波传输介质可采用电或电磁信号或声波或光波的形式，诸如那些在射频(RF)和红外线(IR)数据通信中产生的声波或光波。因此，计算机可读取介质的通常形式例如包括软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD—ROM、DVD、任何其它光学介质，以及较少使用的介质(例如打孔卡、纸带、任何其它具有孔图案的物理介质)，RAM，PROM，以及EPROM，FLASH-EPROM，任何其它存储芯片或卡带，载波传输数据或指令，传输这样载波的电缆或连线，或任何其它计算机可读取和传送程序代码和/或数据的介质。在承载一个或多个序列的用于执行的一个或多个的指令至处理器中可包括这些计算机可读取介质的多种形式。

[00122]以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (25)

1、一种检测设备，配置成测量衬底的特性，该检测设备包括：

配置成提供辐射光束的辐射光源；

光学元件，所述光学元件配置成以一定范围的入射角和方位角将辐射光束聚焦在衬底上，使得辐射光束从该衬底上反射；

偏振装置，所述偏振装置配置成使辐射光束在两个不同的偏振方向上偏振；

固定的移相器，所述固定的移相器配置成使第一偏振方向延迟预定的量，以便将固定相移施加在反射的辐射光束上；以及

检测***，所述检测***配置成同时检测辐射光束的两个偏振方向的角分解光谱。

2、如权利要求1的检测设备，其中入射角的范围是大约0度至80度，并且方位角的范围是大约0度至360度。

3、如权利要求1的检测设备，其中固定相移是大约90度或270度。

4、如权利要求1的检测设备，其中所述移相器包含四分之一波片。

5、如权利要求1的检测设备，其中偏振装置和移相器被配置成使得从衬底反射的辐射光束为椭圆偏振。

6、如权利要求1的检测设备，进一步包含聚焦***和置于该聚焦***的像平面中的光楔，并且被配置为根据偏振方向将光束沿不同的方向重新引导，使得分离的偏振反射辐射子光束在检测***的不同位置处被接收。

7、如权利要求6的检测设备，还包括处理器，所述处理器被配置成：

测量辐射光束的方位角(A)；

检测所述偏振反射辐射子光束的平均强度(m)；

根据方位角(A)和平均强度(m)导出所述偏振反射辐射子光束的反射系数(Rp，Rs)；

计算偏振反射辐射子光束的偏振方向之间的角度(Ψ)；以及

根据偏振反射辐射子光束的偏振方向之间的角度(Ψ)的预定模型的变化确定所述衬底表面的特性。

8、如权利要求7的检测设备，其中偏振反射辐射子光束的反射系数(Rp，Rs)使用下述方程导出：

m＝0.5(Rp²+Rs²)+0.5cos(2A)(Rp²-Rs²)。

9、如权利要求7的检测设备，其中偏振反射辐射子光束的偏振方向之间的角度(P)由下述方程计算得出；

tanΨ＝Rp/Rs。

10、如权利要求6的检测设备，进一步包括处理器，所述处理器被配置成：

测量辐射光束的方位角(A)；

确定在从衬底表面反射前偏振反射辐射子光束之间的相移值(δ)；

根据方位角(A)和相移值(δ)计算所述偏振反射辐射子光束的强度之间的差(d)；

根据子光束的强度之间的差(d)导出反射之后偏振反射辐射子光束的偏振方向之间的相位差(Δ)；以及

根据偏振反射辐射子光束的偏振方向之间的相位差(Δ)的预定模型的变化确定所述衬底表面的特性。

11、如权利要求10的检测设备，其中所述偏振反射辐射子光束的强度之间的差(d)根据方位角(A)和相移值(δ)使用下述方程计算得出：d＝I_y-I_x＝{Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)其具有对角对称性。

12、如权利要求10的检查设备，其中由子光束的强度间的差(d)、用下面方程导出反射之后偏振反射辐射子光束的偏振方向间的相位差：d＝I_y-I_x＝{Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)+......RpRs{cos(Δ)cos(δ)4cos(A)²sin(A)²+sin(Δ)sin(δ)2(cos(A)³sin(A)+cos(A)sin(A)³)}

13、如权利要求10的检测设备，其中所述处理器被配置成通过以下方式确定相移值δ：

估计第一子光束的相移值(δ)；

对于检测到的子光束的图像的每一像素，使用两子光束的反射系数(Rp，Rs)之间的相位差(Δ)和所述估计的相移值(δ)计算每一子光束之间的强度(I)的差(d)；以及

执行优化运算，以根据d的计算值确定δ的正确值。

14、如权利要求13的检测设备，其中计算强度(I)的差(d)包括使用下述方程：

d＝I_y-I_x＝{Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)。

15、一种测量衬底特性的方法，该方法包括：

提供具有椭圆偏振的辐射光束；

将该辐射光束反射离开衬底的表面；

将反射的辐射光束分成第一和第二正交的偏振子光束；

使第一子光束的相位相对于第二子光束偏移一固定量；以及

同时检测两个子光束。

16、如权利要求15的方法，还包括：

测量辐射光束的方位角(A)；

检测第一和第二子光束的强度(m)；

根据方位角(A)和强度(m)导出第一和第二子光束的反射系数(Rp，Rs)；

计算两个子光束的两个偏振方向之间的角度(P)；以及

根据两个子光束的两个偏振方向之间角度(P)的预定模型的变化，确定衬底表面的特性。

17、如权利要求16的方法，其中：

第一和第二子光束的反射系数(Rp，Rs)由下述方程导出：

m＝0.5(Rp²+Rs²)+0.5cos(2A)(Rp²-Rs²)；以及

两个子光束的两个偏振方向之间的角度(ψ)由下列方程给出：

tanψ＝Rp/Rs。

18、如权利要求15的方法，进一步包括：

测量辐射光束的方位角(A)；

确定在从衬底表面反射之前两个子光束之间的相移值(δ)；

计算两个子光束的强度之间的差(d)；

导出反射后子光束的偏振方向之间的相位差(Δ)；以及

根据两个子光束的两个偏振方向之间的相位差(Δ)的预定模型的变化，确定衬底表面的特性。

19、如权利要求18的方法，其中：

两个子光束的强度之间的差(d)使用下列方程计算得出：

d＝I_y-I_x；以及

反射后子光束的偏振方向之间的相位差(Δ)使用下列方程导出：d＝I_y-I_x＝{Rp²(cos(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)+Rs²(sin(A)⁴-cos(A)²sin(A)²)}cos(δ)+......RpRs{cos(Δ)cos(δ)4cos(A)²sin(A)²+sin(Δ)sin(δ)2(cos(A)³sin(A)+cos(A)sin(A)³)}

20、如权利要求18的方法，其中确定相移值(δ)的步骤包括：

估计第一子光束的相移值(δ)；

对于检测到的子光束的图像的每一像素，根据每一子光束之间的强度(I)的差(d)、两子光束的反射系数(Rp，Rs)之间的相位差(Δ)和所述估计的相移值(δ)来计算d值；以及

执行优化运算，以根据计算的d值确定δ的正确值。

21、如权利要求20的方法，其中d的值使用下列方程计算得出：

d＝I_y-I_x。

22、如权利要求20的方法，其中优化运算包括确定由d值构成的图像对于每一像素是否包括在对角线上的非零值和x和y轴上的零，并且如果不是，再次调整δ的值，再次计算d值，并且重复此迭代直至由d值构成的图像包括对角线上的非零值和x和y轴上的零。

23、如权利要求20的方法，其中第一子光束的相移的估计值是1.5弧度。

24、一种配置成测量衬底特性的光刻设备，该光刻设备包括：

配置成提供辐射光束的辐射源；

光学元件，所述光学元件配置成以一定范围的入射角和方位角将辐射光束聚焦在衬底上，使得辐射光束从该衬底上反射；

偏振装置，所述偏振装置配置成使辐射光束沿两个不同的偏振方向偏振；

具有固定相移的移相器，所述移相器配置成使具有第一偏振方向的反射辐射光束的相位偏移预定的量；以及

检测***，所述检测***配置成同时检测辐射光束的两个偏振方向的角分解光谱。

25、一种配置成测量衬底特性的光刻单元，该光刻单元包括：

配置成提供辐射光束的辐射源；

光学元件，所述光学元件配置成以一定范围的入射角和方位角将辐射光束聚焦在衬底上，使得辐射光束从该衬底上反射；

偏振装置，所述偏振装置配置成使辐射光束在两个不同的偏振方向上偏振；

具有固定相移的移相器，所述移相器配置成使具有第一偏振方向的反射辐射光束的相位偏移预定的量；以及

检测***，所述检测***配置成同时检测辐射光束的两个偏振方向的角分解光谱。

Images