CN108139696B - 形貌测量*** - Google Patents

Abstract

一种形貌测量***包括：辐射源，配置为产生辐射束；空间编码光栅，配置成对辐射束进行图案化并由此提供空间编码辐射束；光学装置，配置为在衬底上的目标部位处形成空间编码光栅的图像；检测光学装置，配置成接收从衬底的目标部位反射的辐射并且在第二光栅处形成光栅图像的图像；以及检测器，配置成接收透过第二光栅的辐射并且产生输出信号。

Description

形貌测量***

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年10月15日提交的欧洲申请15190027.1的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种形貌测量***和方法。所述形貌测量***可以形成光刻设备的一部分。

背景技术

光刻设备是构造成将所需的图案施加到衬底上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造。光刻设备可以例如将来自图案形成装置(例如掩模)的图案投影到设置在衬底(例如硅晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

在将图案从图案形成装置投影到设置在衬底上的辐射敏感材料层上之前，测量衬底的形貌。为了实现这个目的，光刻设备设置有形貌测量***。形貌测量***测量衬底的表面之上的衬底高度。这些高度测量被用于形成高度图，该高度图帮助将图案精确地投影到衬底上。

可能需要提供例如一种形貌测量***，该形貌测量***消除或减轻现有技术中的一个或更多个问题，无论是在本文中还是在其它地方所识别出的。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种形貌测量***，所述形貌测量***包括：辐射源，配置成产生辐射束；空间编码光栅，配置成将所述辐射束图案化或使辐射束形成或具有图案，由此提供空间编码辐射束；光学装置，配置成在衬底上的目标部位处形成所述空间编码光栅的图像；检测光学装置，配置成接收从所述衬底的目标部位反射的辐射，并且在第二光栅处形成光栅图像的图像；以及检测器，配置成接收透过所述第二光栅的辐射并且产生输出信号。

所述空间编码提供的优点在于，由所述形貌测量***提供的测量的空间分辨率不是由光栅的图像的尺寸决定的，而是由光栅的图像的编码特征的尺寸决定的。

所述形貌测量***还可以包括处理器，所述处理器配置成将解码序列施加到所述输出信号，由此产生表示所述衬底的高度的输出信号。

所述处理器可以配置为应用解码矩阵，所述解码矩阵是用于对所述空间编码光栅进行编码的矩阵的逆矩阵。

所述处理器可以配置为应用解码矩阵，所述解码矩阵基于用于对所述空间编码光栅进行编码但在使用之前已经被修改的矩阵的逆矩阵。

所述空间编码光栅可以配置成将所述辐射束图案化，所述空间编码光栅包括由哈达马德矩阵(Hadamard matrix)或均匀冗余阵列编码的光栅。

所述空间编码光栅可以配置成将所述辐射束图案化，所述空间编码光栅包括由随机序列或准随机序列编码的光栅。

所述空间编码光栅可以被编码，使得所述空间编码光栅的傅里叶变换不包括周期性频率间隙。

施加到所述光栅的空间编码可以具有总体上宽的并且总体上平坦的频谱。

所述空间编码光栅的最小特征可以具有20微米或更小的特征尺寸。

所述空间编码光栅的最小特征可以具有大于150nm的特征尺寸。

所述辐射束可以以在75°和85°之间的入射角入射到衬底上。

所述入射角可以是约80°。

所述第二光栅可以具有节距，所述节距对应于如果空间编码还未被施加到所述空间编码光栅上的话所述空间编码光栅将会具有的节距。

所述第二光栅可以具有节距，所述节距是如果空间编码还未被施加到所述空间编码光栅上的话所述空间编码光栅将会具有的节距的倍数或分数。

根据本发明的第二方面，提供一种形貌测量设备，所述形貌测量设备包括多个根据本发明的第一方面所述的形貌测量***。

根据本发明的第三方面，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括：照射***，配置成调节辐射束；支撑件，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在所述辐射束的横截面上赋予所述辐射束，以形成图案化的辐射束；衬底台，构造成保持衬底；以及投影***，配置成将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上，其中，所述光刻设备还包括根据本发明的第一方面或第二方面所述的形貌测量***或形貌测量设备。

根据本发明的第四方面，提供一种形貌测量方法，所述形貌测量方法包括：使用空间编码光栅将辐射束图案化，由此提供空间编码辐射束；在衬底上的目标部位处形成所述空间编码光栅的图像；接收从所述衬底的目标部位反射的辐射并且在第二光栅处形成光栅图像的图像；以及检测透过所述第二光栅的辐射并且产生输出信号。

所述方法还可以包括：将解码序列施加到所述输出信号，以获得表示所述衬底的高度的输出信号。

可以将解码矩阵施加到所述输出信号，所述解码矩阵是用于对所述空间编码光栅进行编码的矩阵的逆矩阵。

可以将解码矩阵施加到所述输出信号，所述解码矩阵基于用于对所述空间编码光栅进行编码但在使用之前已经被修改的矩阵的逆矩阵。

根据本发明的第五方面，提供一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令配置为使计算机执行根据本发明的第四方面所述的方法。

根据本发明的第六方面，提供一种承载根据本发明的第五方面所述的计算机程序的计算机可读介质。

根据本发明的第七方面，提供一种用于形貌测量***的计算机设备，包括存储处理器可读指令的存储器和布置成读取并执行存储在所述存储器中的指令的处理器，其中，所述处理器可读指令包括被布置成控制计算机来执行根据本发明的第四方面所述的方法的指令。

本发明的不同方面可以组合在一起。本发明的给定方面的特征可以与本发明的一个或更多个其它方面组合。

本发明的其它方面可以被表述为如下。

本发明的一个方面涉及一种用于测量目标部位的相对位置的测量***。这种测量***可以用于确定仅所述目标部位的相对位置，或者可以用于通过确定在物体处的多个目标部位的相对位置来确定所述物体的形貌轮廓(形貌)。

这种测量***可以用于光刻设备中以确定衬底的形貌，并且称作水平传感器。所述相对位置包括例如光刻机中的衬底处的特定目标部位的相对高度。所述测量***包括：空间编码光栅，配置成将辐射束图案化；第二光栅，配置为接收从所述目标部位反射的图案化的辐射束；以及检测器，配置为接收经过所述第二光栅的被反射的图案化的辐射束并且提供输出信号，所述输出信号代表经过所述第二光栅而被接收的被反射的图案化的辐射束。

在第一实施例中，所述测量***包括数字信号处理器，所述数字信号处理器配置成执行以下操作中的至少一个：将解码序列应用到代表所述输出信号的数据，由此产生表示所述相对位置的另一个输出信号；应用解码矩阵，所述解码矩阵是用于对所述空间编码光栅进行编码的矩阵的逆矩阵；以及应用解码矩阵，所述解码矩阵基于用于对所述空间编码光栅进行编码但在使用之前已经被修改的矩阵的逆矩阵。

在第二实施例中，所述空间编码光栅包括代表由哈达马德矩阵或均匀冗余阵列对周期性光栅进行编码的结果。

在第三实施例中，所述空间编码光栅代表由随机序列和准随机序列中的一个进行编码的周期性光栅。

在第四实施例中，所述空间编码光栅具有不存在周期性频率间隙的傅里叶变换。

本发明还涉及一种测量设备，所述测量设备包括多个根据上述实施例中的至少一个实施例所述的测量***。

本发明还涉及一种光刻设备，所述光刻设备包括：照射***，配置成调节另一个辐射束；支撑件，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将另一个图案在所述另一个辐射束的横截面中赋予所述另一个辐射束，以形成另一个图案化的辐射束；衬底台，构造成保持衬底；以及投影***，配置成将所述另一个图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上，其中，所述光刻设备还包括根据上述实施例中的任一实施例所述的测量***。

本发明还涉及一种测量方法，包括测量目标部位的相对位置，所述测量目标部位的相对位置包括：使用配置成将辐射束图案化的空间编码光栅，由此提供空间编码辐射束；使用第二光栅；经过所述第二光栅接收从所述目标部位反射的图案化的辐射束；以及提供输出信号，所述输出信号代表经过所述第二光栅而被接收的被反射的图案化的辐射束。

附图说明

现在参照随附的示意性附图来仅以举例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1示意性地示出一种包括根据本发明的实施例的形貌测量***的光刻***；

图2更详细地示意性地示出所述形貌测量***；

图3示意性地示出修改形貌测量***的光栅以生产本发明的实施例所使用的空间编码光栅；

图4示意性地示出形成一个实施例的形貌测量***的一部分的空间编码光栅；

图5示意性地示出在衬底上形成图像的常规形貌测量***的辐射束；和

图6示意性地示出在衬底上形成图像的根据本发明的实施例的形貌测量***的辐射束。

具体实施方式

虽然在本文中具体地参考了光刻设备在制造IC中的应用，但应该理解的是，这里所描述的光刻设备可以具有其它应用，例如制造集成光学***、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将会认识到，在这些替代性的应用情形中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”都可以分别被认为与更加上位的术语“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施加到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具或检查工具中。在可应用的情况下，可以将这里所公开的内容应用于这种和其它衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，例如为了产生多层IC，使得本文中使用的术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束等粒子束。

本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示一种能够用于将图案在辐射束的横截面中赋予辐射束，以便在衬底的目标部分中形成图案的装置。应该注意，赋予辐射束的图案町能不与在衬底的目标部分中所需的图案完全对应。通常，赋予辐射束的图案将会与在目标部分(例如集成电路)中形成的器件中的特定的功能层相对应。

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的LCD面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模、交替相移掩模、衰减相移掩模以及各种混合掩模类型之类的掩膜类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜都可以独立地倾斜，以便在不同的方向上反射入射的辐射束；这样，所反射的辐射束被图案化。

支撑结构保持图案形成装置。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、以及诸如例如图案形成装置是否被保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。支撑件可以采用机械夹持技术、真空夹持技术、或者例如在真空条件下的静电夹持等其它夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是框架或台，例如，它可以根据需要是固定的或者可移动的，并且可以确保图案形成装置例如相对于投影***位于所需的位置。可以认为本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以认为是与更加上位的术语“图案形成装置”同义。

本文中使用的术语“投影***”应该被广义地解释为包括各种类型的投影***，包括折射型光学***、反射型光学***以及反射折射型光学***，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空之类等其它因素所适合的。可以认为本文中使用的任何术语“投影透镜”被认为是与更加上位的术语“投影***”同义。

本文中使用的术语“照射***”可以包括各种类型的光学部件，包括折射型、反射型和反射折射型光学部件，用以对辐射束进行引导、成形或控制，并且这种部件在下文中还可以被统一地或单独地称为“透镜”。

光刻设备还可以是如下类型：其中衬底被具有相对高折射率的液体(例如水)浸没，以便填充投影***的最终元件和衬底之间的空间。本领域中公知的是，浸没技术用于增加投影***的数值孔径。

图1示意性地示出了一种包括根据本发明的特定实施例的形貌测量***的光刻设备。该光刻设备包括：

a.照射***IL，用于调节辐射束PB(例如DUV辐射或EUV辐射)；

b.支撑结构(其可以被称作掩模台)MT，用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位装置PM，该第一定位装置PM用于相对于物件PL精确地定位图案形成装置；

c.衬底台(其可以被称作晶片台)WT2，用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W2并且连接到第二定位装置PW2，该第二定位装置PW2用于相对于物件PL精确地定位衬底；

d.另一个衬底台WTl，用于保持衬底W1并且连接到第三定位装置PW3，该第三定位装置PW3用于相对于对准***AS和形貌测量***TMS精确地定位衬底；和

e.投影***(例如折射式投影透镜)PL，配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束PB的图案投影到衬底W2的目标部分C(例如包括一根或更多根管芯)上。

如此处所示出的，光刻设备是透射型的(例如采用透射型掩模)。可替代地，光刻设备可以是反射型的(例如采用如上所述的类型的可编程反射镜阵列)。

照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该辐射源和光刻设备可以是分立的实体(例如当辐射源是准分子激光器时)。在这种情况下，不会将辐射源视为形成光刻设备的一部分，并且借助包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递***BD将辐射束从辐射源SO传到照射器IL。可以将辐射源SO和照射器IL以及必要时设置的束传递***BD一起称作辐射***。

照射器IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整装置AM。通常，可以对照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围进行调整。此外，照射器IL通常包括各种其它部件，例如整合器IN和聚光器CO。照射器IL提供经过调节的辐射束PB，该辐射束PB在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

辐射束PB入射到保持在支撑结构MT上的图案形成装置(例如掩模)MA上。在穿过图案形成装置MA之后，辐射束PB穿过透镜PL，该透镜PL将辐射束聚焦到衬底W2的目标部分C上。借助于第二定位装置PW2和位置传感器IF(例如干涉仪装置)，可以精确地移动衬底台WT2，例如以便将不同的目标部分C定位在辐射束PB的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后或者在扫描期间，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确地示出)用于相对于辐射束PB的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以借助形成定位装置PM和PW的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现物体台MT和WT的移动。然而，在步进器(与扫描器相对)的情况下，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。

当将图案从图案形成装置投影到目标部分C上时，光刻设备可以例如以扫描运动移动图案形成装置MA和衬底W2。笛卡尔坐标如图1所示。如常规地，z方向对应于辐射束PB的光轴。在光刻设备是扫描型光刻设备的实施例中，y方向对应于扫描运动的方向。

如图所示，光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台WT1、WT2的类型。在双平台光刻设备中，设置有两个衬底台WT1、WT2，以便允许在测量一个衬底W1的属性的同时进行另一个衬底W2的曝光(“衬底的曝光”是指如上所述地将图案化的辐射投影到衬底上)。

在图1所示的双平台光刻设备中，在图中的左手侧设置有对准***AS。在图中的左手侧还提供了形貌测量***TMS。投影***PL设置在图中的右手侧。对准***AS测量设置在保持于第一衬底台WT1上的衬底W1上的对准标记的位置(由框P1、P2示意性示出)。形貌测量***TMS测量衬底W1的形貌。通过投影***PL将图案同时投影到保持在第二衬底台WT2上的衬底W2上。当由第一衬底台WT1支撑的衬底W1的测量完成并且由第二衬底台WT2支撑的衬底W2的曝光完成时，交换衬底台的位置。然后，使用由投影***PL投影的图案化的辐射对由第一衬底台WT1支撑的衬底W1进行曝光。将由第二衬底台WT2支撑的已经曝光的品片W2从衬底台上移除，以用于后续处理。然后，将另一个衬底放置在第二衬底台WT2上，以在使用由投影***PL投影的图案化的辐射进行曝光之前由对准***AS和形貌测量***TMS进行测量。

在对准和形貌测量期间，可以使用干涉仪(未示出)和/或其它位置测量装置来监测衬底台WT1的位置。处理器PR可以从对准***AS、形貌测量***TMS接收数据，并且还接收衬底台WT1的位置信息。由于衬底W固定在衬底台WT1上，所以与衬底台相关的位置信息可以作为与衬底相关的位置信息。

图2是根据本发明的实施例的形貌测量***TMS的示意图。辐射源2配置为产生辐射束4。可以设置光学装置6来引导和/或聚焦辐射束4。辐射束4入射到空间编码光栅20(它也可以称作为第一光栅20)上。下面将进一步论述空间编码光栅的形式。辐射束4在通过光栅时被图案化为具有空间编码光栅20的图像。图案化的辐射束可以称作测量束22(或者可替代地可以简称为辐射束)。

测量束22通过光学装置10，该光学装置10配置为在衬底12上的目标部位19处形成空间编码光栅20的图像。测量束22是以入射角θ入射到衬底12上。在箭头33所示的位置处形成空间编码光栅图像。

测量束22被从衬底12反射并通过检测光学装置14。检测光学装置14配置成接收被反射的测量束，并且形成空间编码光栅图像33。空间编码光栅图像的这种图像被形成在第二光栅16处。第二光栅16未被空间编码。检测器18配置成接收透过第二光栅16的辐射。检测器18检测入射在该检测器18上的辐射的强度，并且产生指示辐射的强度的输出信号。

检测器18可以例如是光电二极管。使用光电二极管的优点在于，光电二极管具有快速的响应时间并且具有相对较低的成本。检测器可以是成像检测器，例如电荷耦合器件(CCD)、有源像素传感器(APS)、或者任何其它适当形式的成像检测器。然而，本发明的实施例使用指示入射到检测器上的辐射强度(而不是图像输出)的值。因此，在使用成像检测器的实施例中，来自成像检测器的输出被转换为指示入射辐射强度的值。成像检测器可能具有比光电二极管慢的响应时间，从而可能降低了测量衬底12的形貌时的速度。

当衬底12在空间编码光栅图像33的下方被扫描时，衬底高度的变化引起光栅16处的辐射的相位分布的变化。光栅16将相位分布的这些变化转换成检测器18处的辐射强度的变化。结果，从检测器18输出的信号代表衬底12的高度。从检测器18输出的信号可以由数字信号处理***PR2进行分析，以确定衬底12的高度。数字信号处理***PR2可以用于产生衬底12的形貌图。数字信号处理***PR2可以包括例如一个或更多个微处理器，或者一个或更多个现场可编程门阵列(FPGA)等。数字信号处理***PR2可以是专用于形貌测量***TMS的***。可替代地，数字信号处理***PR2可以是更加通用的***，它也处理来自图1的光刻设备中的其它功能模块的数字信号，例如来自图1中的对准***AS的数字信号。为了简洁起见，在本文中将使用术语“处理器”来涵盖数字信号处理***PR2的任何和所有这些实施方案。

通常，衬底将会设置有多个图案化的层，以便例如产生多层IC。每一层都是通过投影图案化的层来曝光衬底上的抗蚀剂，然后处理该衬底而形成的。所述处理可以例如包括蚀刻抗蚀剂，将材料沉积到通过蚀刻形成的凹槽中，然后对衬底进行抛光。这在衬底上形成了图案化的材料的层。层的厚度将会依赖于所执行的处理，并且会从层至层发生变化。衬底上的一组图案化的层可以称作叠层。光刻设备应该能够将图案投影到衬底上，该衬底具有宽的变化构成的叠层。本发明的实施例的形貌测量***TMS能够测量衬底形貌，以实现期望的叠层构成。为了清楚起见，衬底形貌测量***TMS也可以称作水平感测***或水平传感器。如已知的，使用水平传感器来制作衬底的高度图。在通过投影***将掩模的图案投影到衬底上的抗蚀剂上的期间，依赖于高度图来控制衬底相对于投影***的相对位置，以使衬底的相关区域聚焦。

测量射束22穿透衬底叠层可能引起将误差引入高度测量中的干涉效应。将发生的传统的程度依赖于测量束的波长和入射角。通常，测量束22的穿透深度随着波长的减小而减小，并且随着入射角θ的增大而减小。宽带辐射可以用于提高形貌测量的准确性，这是因为由来自不同叠层的层的反射所引起的干涉作用可以在一定范围的辐射波长上近似地进行平均。波长在225nm至400nm范围内的宽带紫外辐射可以例如被形貌测量***TMS使用。辐射的强度可能足够低，以至于它不会曝光衬底上的抗蚀剂。形貌测量***TMS可以提供比在常规形貌测量***中使用的入射角大的测量束的入射角。

在形貌测量***中使用的入射角θ是例如70°。增大入射角会减小测量束22进入衬底12的子结构中的穿透深度。这意味着发生较少的叠层反射，并且避免或减少了它们在被反射的测量束中的相关干涉作用。通过避免或减少由不同的叠层反射引起的干涉作用，减少了形貌测量的依赖于过程的误差，并提高了形貌测量***的准确性。入射角θ可以被增大，以使其大于70°。入射角θ可以被选择为在例如75°和85°之间。在实施例中，入射角θ可以是例如约80°。为了便于图示，图2仅是示意图，并未示出80°的入射角，而是示出了较小的角度。

将入射角θ从70°增加到约80°使得来自衬底12的表面的辐射反射率近似地翻倍。也就是说，从衬底12反射的辐射强度近似地翻倍。这有利地增加了入射到检测器18上的辐射量。然而，将入射角θ从70°增加到约80°也导致光栅图像33的尺寸近似地翻倍。换句话说，被照射的目标部位的尺寸被近似地翻倍。当执行形貌测量时，衬底高度轮廓与被照射的目标部位19进行卷积。如果光栅20是常规光栅而不是空间编码光栅，则使被照射的目标部位19翻倍将会减小形貌测量***的空间采样率。然而，当使用空间编码光栅20时，不会降低由形貌测量***TMS提供的空间采样率。

为了清楚起见，常规光栅是由周期性重复的单位单元构成的结构，例如一维情况下的线的规则阵列。空间编码光栅可以被认为是调制常规的、规则的结构以产生不规则的、非周期性结构的结果。在下文将进一步详细地说明空间编码。

在图3中示意性地示出了将空间编码施加到光栅的示例。图3a示出了一种传统的周期性光栅21。在图3b中，已经通过使用二进制序列调制光栅，并且现在光栅20中存在间隙。图3的光栅现在是空间编码光栅20并且是非周期性的。

应该理解的是，图3仅是示意性的图示。实际上，施加到光栅上的调制可能具有比光栅本身的空间频率更高的空间频率。换句话说，可以将多条线添加到光栅中的给定空间。类似地，可以将多个空间添加到光栅中的给定线。

在图4中示意性地示出了可以由形貌测量***TMS使用的空间编码光栅20的示例。在这种情况下，光栅已经被准随机序列调制，以形成具有准随机结构的空间编码光栅20。

本发明的实施例利用了如下事实：衬底12相对于空间编码光栅20的图像33的扫描运动提供光栅图像与衬底12的高度轮廓的卷积。已知，卷积是基于两个函数产生第三个函数的数学运算。第三个函数通常被视为原始函数之一的修改形式。产生卷积的逆的数学运算称为反卷积。光栅23的空间编码允许随后执行反卷积，从而提供具有空间分辨率的高度测量，所述空间分辨率不受光栅图像33在扫描方向上的长度的限制，而是受构成光栅图像的最小特征在扫描方向上的尺寸的限制。

图5示意性地示出了由测量辐射束22形成的光栅图像34，该测量辐射束已经被传统的周期性光栅图案化。由图5的传统光栅图像提供的高度测量是衬底高度和光栅图像34(沿着扫描方向)的卷积。空间分辨率受光栅图像34的长度L的限制，该长度L可以例如是10mm的量级。这种空间分辨率不是期望的，这是因为它可能不足够好，以允许通过光刻设备LA将图像足够精确地投影到衬底上(参见图1)。

图6示意性地示出当测量辐射束22被空间编码光栅图案化或形成图案时形成的图像33。在这种情况下，空间采样分辨率不是由光栅图像33的长度L决定的，而是直接依赖于光栅图像33的编码图案中存在的最大空间频率。这是因为图案的编码配置为允许在反卷积的期间在光栅图像33的不同的照射线50之间进行区分。如果光栅是传统的周期性光栅，如图5所示，则不可能在光栅的不同线之间进行区分，这是因为没有足够的信息可利用来允许实现区分。换句话说，当使用传统光栅(没有足够的信息来执行反卷积)时，光栅图像和衬底的高度轮廓的反卷积不是充分适定的问题(sufficiently well-posed problem)。相比，当使用空间编码光栅来形成光栅图像33时，反卷积成为适定的问题。也就是说，存在获得足够的信息可以利用以允许执行反卷积。这允许在没有将空间分辨率限制于光栅图像33的长度L的情况下确定衬底的高度轮廓。相反地，测量的空间分辨率由空间编码光栅图像33的图案的最大空间频率确定。

当晶片相对于光栅的图像被线性地移动时，可以认为检测到的信号与晶片的形貌和光栅的图像的卷积成正比。由于两个函数之间的卷积运算等同于傅里叶(频率)域中的乘法运算，所以可以在频域中考虑空间编码光栅20的作用。存在于图5的传统光栅图像34中的频率由光栅图像的长度L和光栅图像的节距决定。因为光栅是由线和空间形成的周期性图案，所以存在于图像中的频率是有限的，并且在光栅图像的频域表达式中存在相当大的间隙(零点)(频域表达式是sinc函数，即sinc(y)＝sin(y)/y)。这些间隙意味着衬底高度轮廓(或：高度图)中的某些频率将不会被记录，这防止了光栅图像和衬底高度轮廓的反卷积被执行。与此相反，空间编码光栅图像33可以以被编码，使得它不具有频率间隙(所有频率在感兴趣的频率范围内都具有非零值)的方式。由于没有频率间隙，所以可以执行光栅图像和衬底高度轮廓的反卷积。

这可以以数学的方式进行如下说明。令真实的晶片表面轮廓由函数h(x，y)来描述，其中，h表示部位(x，y)处的晶片的高度。表面轮廓h(x，y)也可以称作晶片的形貌。令S(x，y)表示光栅图像的强度分布。如前文所述，通过扫描晶片上的光栅图像并且适当地检测所产生的反射来测量晶片形貌。由此产生的测量M(x，y)可以写成

其中，n(x，y)是噪声项，

是卷积运算符。

图案S(x，y)确定最终晶片形貌测量(高度测量)的分辨率。图案越大，所分辨的晶片形貌就越少。考虑到频率或傅立叶空间中的上述等式，其中，卷积运算变为乘法运算

其中，

和

分别表示M(Kx，Ky)、S(Kx，Ky)、h(Kx，Ky)和n(Kx，Ky)的傅里叶变换，并且其中，Kx、Ky分别是x方向和y方向上的空间频率。现在可以看出，晶片形貌的傅里叶变换与光栅图像的傅里叶变换相乘。如果光栅图像的傅里叶变换

在某些空间频率下为零，则存在于

中的信息不能被记录在检测器上。这种信息从根本上被丢失，并且无法通过任何反卷积方法恢复。

然而，如果空间编码光栅被设计为使得光栅图像的傅里叶变换不具有零点，则

的大部分信息可以被记录在检测器上。结果，可以从所述测量中获取衬底的真实高度轮廓h(x，y)的更高分辨率估计。另外，空间编码光栅可以被以如下方式设计：使得光栅图像和衬底高度的卷积可以被有效地去卷积。

光栅图案s(x，y)可以是这样的：它是被“友好地反卷积”的代码“编码”的，以便存在反卷积代码d(x，y)，使得

其中，δ(x，y)是德尔塔(delta)函数。当将这种反卷积代码应用在等式(1)中的测量数据上时：

其中，n′(x，y)是噪声项。如可以看到的，如果没有噪声出现，则可以获取真实的高度轮廓。

如上所述，本发明的实施例的形貌测量***TMS的空间采样率不是由光栅图像33的扫描方向上的长度L确定。相反地，它依赖于存在于光栅图像33中的最大空间频率。换句话说，它依赖于光栅图像33的最小特征的扫描方向上的尺寸。光栅图像的最小可实现特征尺寸S由下式确定：

其中，λ是测量辐射束的波长，NA是形貌测量***的数值孔径，并且θ是被测量的衬底上的测量辐射束的入射角。例如，波长可以是400nm，数值孔径可以是0.022，并且入射角可以是85°。在这种情况下，空间编码光栅图像中最小可实现特征尺寸是104μm。这意味着，在本示例中，形貌测量***TMS可以实现的最大空间分辨率是208μm(应用因子2来满足采样率的奈奎斯特准则)。可以理解的是，这远小于由图5所示的传统光栅提供的约10mm的空间分辨率。通常，使用空间编码光栅将会提供比传统光栅所提供的空间分辨率更高的空间分辨率。

在光栅图像33中形成给定尺寸S的特征所需的光栅20上的特征F的尺寸由下式确定：

F＝S·cosθ (6)

其中，θ是测量辐射束的入射角。在本示例中，θ是85°，并且最小光栅图像特征尺寸S是104μm。结果，空间编码光栅中的最小特征F将是9μm。这比测量辐射束22的波长大一个数量级以上。结果，光栅的特征尺寸不会对光栅的透射产生显著的作用(如果光栅特征尺寸显著地小于测量辐射束的波长，则透射将会被降低)。

总体而言，可以选择空间编码光栅20的最小特征的尺寸以提供所需的测量分辨率(考虑到形貌测量***的数值孔径和测量辐射束的入射角)。空间编码光栅20的最小特征例如可以具有20微米或更小的特征尺寸。空间编码光栅20的最小特征可以例如具有10微米或更小的特征尺寸。

可以选择空间编码光栅20的最小特征的尺寸，以避免由于空间编码光栅造成的显著的透射损失。因此，空间编码光栅的最小特征可以大于150nm(如果测量辐射束的波长是400nm，则对于150nm或更小的特征而言，辐射的透射将显著地降低)。空间编码光栅的最小特征可以例如大于测量辐射束的最长波长乘以0.3。

在本发明的实施例中施加到光栅以获得空间编码光栅20的编码可以是任何适当形式的编码。编码可以表示为矩阵。例如，哈达马德矩阵可以被施加到光栅。在另一个示例中，均匀冗余阵列序列可以被施加到光栅。哈达马德矩阵和均匀冗余阵列是有利的，这是因为它们具有完美的编码和解码属性。完美的编码和解码属性可以被解释为表示当编码矩阵乘以解码矩阵时输出德耳塔。其它形式的编码可以被施加到光栅。例如，随机或准随机序列可以被施加到光栅。这些序列是较不有利的，这是因为它们不具有完美的编码和解码属性。总体而言，施加到光栅的编码可以包括在感兴趣的频率范围上的总体上宽且总体上平坦的频谱。在上下文中，术语“总体上宽且总体上平坦”可以被解释为表示不包括周期性地出现的零值(例如可以在由传统光栅产生的sinc函数中看到的)。

感兴趣的频率范围对应于测量衬底高度的空间频率范围，并且这又由光栅图像的最小特征尺寸来确定。如果最小光栅图像特征尺寸S是约100μm，则这可以被表达成0.1×10^-3m^-1的空间频率。然后，感兴趣的空间频率的范围是从0至0.1×10^-3m^-1。如果最小光栅图像特征尺寸S约为10μm，则感兴趣的空间频率范围从0至10×10^-6m^-1。

空间编码光栅可以是在它被空间编码之后不是周期性的(即，不是由空间地重复的图案构成)的任何光栅。空间编码光栅可以是不形成重复的图案的一系列线。

空间编码光栅可以包括通过对光栅施加编码而被修改的光栅。可以在光栅被制造之前施加所述修改。将编码施加到光栅可以包括将线添加到光栅的空间中，并且可以包括将空间添加到光栅的线中。

可以由处理器PR2执行从检测器18输出的信号的反卷积。也就是说，处理器PR2可以对从检测器输出的信号施加空间解码。由所述处理器施加的处理可以被认为是将解码掩模与从检测器18输出的信号进行数字卷积。这样提供了表示衬底12的高度的输出信号。

处理器PR2所使用的解码序列可以被表达为矩阵。在这种情况下，解码矩阵可以与用于对光栅20进行编码的编码矩阵相对应，除编码矩阵中的正值被解码矩阵中的负值替换之外。解码矩阵可以是编码矩阵的逆矩阵。例如，如果编码矩阵是哈达马德矩阵或均匀冗余阵列，则解码矩阵可以是该哈达马德矩阵或均匀冗余阵列的逆矩阵。

在一个实施例中，虽然解码矩阵基于编码矩阵的逆矩阵，但被修改以便考虑形貌测量***和/或环境的属性。例如，可以修改解码矩阵以减去不想要的DC背景信号。这可以通过施加一调整来实现：该调整假定正在被处理的数据应该具有零均值。在另一个示例中，可以修改解码矩阵，以去除具有低于预定阈值的信噪比的测量值。

可以通过对使用所述形貌测量***所获得的输出信号和使用气压计获得的用于同一衬底的高度测量进行比较，以数学的方式确定解码矩阵。气压计将气流引导到表面上，然后测量从所述表面朝向气压计上的压力传感器上反射回来的空气的压力。空气的这种回流的压力与气压计和所述表面之间的距离成比例。使用气压计执行的形貌测量不会经历过程依赖误差或依赖于过程的误差。初始解码矩阵可以被确定为编码矩阵的逆矩阵。然后，可以迭代地修改解码矩阵的值，以提供使用形貌测量***所测量的衬底高度与使用气压计所测量的衬底高度之间的改善的对应性。这可以被认为是解码矩阵的校准过程。

第二光栅16可以具有节距，该节距与如果空间编码没有被施加到该光栅的话空间编码光栅20将会具有的节距相对应。如上文进一步提及的，当将空间编码施加到第一光栅20时，这可以包括将空间添加到该光栅的线中并且将线添加到该光栅的空间中。因此，第一光栅20在空间编码被施加之前具有初始节距，并且第二光栅16的节距可以与该初始节距相对应。

第二光栅16的节距可以是第一光栅20的初始节距的倍数或分数。例如，第二光栅16的节距可以是第一光栅20的节距的两倍或四倍。例如，第二光栅16的节距可以是第一光栅20的节距的一半或四分之一。

可以提供多个形貌测量***TMS。也就是说，可以使用多个辐射源2和空间编码光栅20来产生多个测量辐射束22，然后这些测量辐射束可以穿过多个照射光学装置10并照射衬底12上的多个目标部位。多个检测器18和多个第二光栅16可以用于检测测量辐射束并且提供输出信号。处理器PR2可以接收输出信号并且将这些输出信号转换为衬底高度测量。处理器PR2可以使用所述测量来产生用于衬底12的高度图。以这种方式使用多个测量辐射束是有利的，这是因为它允许更讯速地产生用于衬底12的高度图(它允许以更少的行程来扫描衬底)。所述多个形貌测量***可以称作形貌测量设备。

虽然在本文中可以对光刻设备的情况下的本发明的实施例做出了具体参考，但本发明的实施例可以用在其它设备中。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)等物体的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

照射光学装置、光学装置和检测光学装置可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、反射折射型光学部件，用以对辐射进行引导、成形或控制。

术语“EUV辐射”可以被认为包括波长在4nm至20nm的范围内(例如在13nm至14nm范围内)的电磁辐射。EUV辐射可以具有小于10nm的波长，例如在4nm至10nm的范围内，例如6.7nm或6.8nm。

尽管在本文中对光刻设备用于制造IC做出了具体参考，但应该理解的是，这里所述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括制造集成光学***、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

本发明的实施例可以被实施在硬件、固件、软件或它们的任何组合中。处理器PR2可以连接到存储处理器可读指令的存储器，所述处理器可读指令在被执行时会将解码序列施加到从检测器18输出的信号。本发明的实施例还可以被实施为存储在计算机可读介质上的指令，该指令可以由一个或更多个处理器读取和执行。计算机可读介质可以包括用于以机器(例如计算装置)可读的形式存储或传输信息的任何机构。例如，计算机可读介质可以包括：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存装置；电学、光学、声学或其它形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例行程序、指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，应该理解的是，这样的描述仅是为了方便，并且这样的动作事实上来自计算装置、处理器、控制器或执行固件、软件、例行程序、指令等的其它装置。

虽然以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该理解的是，本发明可以以与上述方式不同的方式来实施。以上的描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域的技术人员将明白在不背离下面阐述的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims (13)

1.一种形貌测量***，用于测量衬底的形貌，所述形貌测量***包括：

空间编码光栅，配置成对辐射束进行图案化；

第二光栅，配置成接收从所述衬底上的目标部位反射的图案化的辐射束；和

检测器，配置为接收经过所述第二光栅的被反射的图案化的辐射束并且提供输出信号，所述输出信号代表经过所述第二光栅而被接收的被反射的图案化的辐射束，

其中所述图案化的辐射束的相位分布被目标部位处的所述形貌改变，并且所述第二光栅被布置成转换所述改变后的相位分布以将反射的图案化的辐射束中的所述形貌的信息传递给所述检测器。

2.根据权利要求1所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅包括没有形成重复图案的一系列线。

3.根据权利要求1所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅的最小特征的尺寸被选择成提供期望的测量分辨率。

4.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅的最小特征的尺寸被选择成避免由于所述空间编码光栅所造成的显著的透射损失。

5.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，包括数字信号处理器，所述数字信号处理器配置成执行以下操作中的至少一种：

将解码序列应用到代表所述输出信号的数据，由此产生代表所述形貌的另一个输出信号；

应用用于对所述空间编码光栅进行编码的矩阵的逆矩阵的解码矩阵；和

应用基于用于对所述空间编码光栅进行编码但在使用之前已经被修改的矩阵的逆矩阵的解码矩阵。

6.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅包括由哈达马德矩阵或均匀冗余阵列对周期性光栅进行编码的结果。

7.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅代表由随机序列和准随机序列中的一个所编码的周期性光栅。

8.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，其中，所述空间编码光栅具有不存在周期性频率间隙的傅里叶变换。

9.根据权利要求1、2或3所述的形貌测量***，其中，所述辐射束包括波长范围在225nm至400nm之间的辐射。

10.一种形貌测量设备，包括多个根据任一前述权利要求所述的形貌测量***。

11.一种光刻设备，包括：

照射***，配置成调节另一个辐射束；

支撑件，构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将另一个图案在所述另一个辐射束的横截面中赋予所述另一个辐射束，以形成另一个图案化的辐射束；

衬底台，构造成保持衬底；和

投影***，配置成将所述另一个图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上，

其中，所述光刻设备还包括根据权利要求1至9中任一项所述的形貌测量***。

12.一种形貌测量方法，包括测量衬底的形貌，所述测量衬底的形貌包括：

使用配置成对辐射束进行图案化的空间编码光栅，由此提供空间编码辐射束；

使用第二光栅；

经过所述第二光栅接收从所述衬底的目标部位所反射的图案化的辐射束；和

提供输出信号，所述输出信号代表经过所述第二光栅而被接收的被反射的图案化的辐射束，

其中所述图案化的辐射束的相位分布被目标部位处的所述形貌改变，并且所述第二光栅被布置成转换所述改变后的相位分布以将反射的图案化的辐射束中的所述形貌的信息传递给检测器。

13.根据权利要求12所述的形貌测量方法，还包括将解码序列应用至所述输出信号，以获得代表所述衬底的所述形貌的输出信号。

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