CN108700822A - 光学测试样品的莫尔测量的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学测试样品的莫尔测量的设备，包括：光栅布置，其由在测试样品上游的光束路径中可定位的第一光栅(25、25’、35、35’)和在测试样品下游的光束路径中可定位的第二光栅(11、11’、11”、41、51、61、71、81、91、101、111、121、131、141)构成；评估单元，其具有至少一个检测器(12、12’、12”、22、22’、32、32’、42、52、62、72、82、92、102、112、122、132、142)，在位于第二光栅的下游的光束路径中的检测平面中评估由两个光栅的叠加所产生的莫尔结构；以及至少一个孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)，通过至少一个孔径光阑将在从第二光栅出射的光之后所产生的光分布以区域方式遮蔽，使得仅仅在第二光栅上的所有场点的子集的光到达检测平面。

Description

光学测试样品的莫尔测量的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月12日的德国专利申请DE 10 2016 202 198.2的优先权。该DE申请的内容通过引用并入本申请文本中。

技术领域

本发明涉及光学测试样品的莫尔测量的设备和方法。

背景技术

微光刻用于制造诸如集成电路或LCD的微结构部件。在包括照明装置和投射镜头的称为光刻曝光设备中执行微光刻工艺。通过照明装置照明的掩模(＝掩模母版)的像，在这种情况下，通过投射镜头投射至涂有感光层(光刻胶)且布置在投射镜头的像平面中的基板(例如硅晶片)上，以便将掩模结构转印至基板的感光涂层。

实际上，存在尽可能准确地确定诸如投射镜头的畸变之类的成像像差的需求。特别地，在该方面已知莫尔测量的技术，所述技术包括将布置在投射镜头的物平面中的第一光栅投射在布置在投射镜头的像平面中的第二光栅(也称为“莫尔掩模”)上，并且使用(例如基于照相机的)检测器布置测量相应穿过该布置传输的光强度。

图14和15仅示出解释该原理的示意图。在此，用“5”表示位于形式为投射镜头6的测试物体的物平面中的第一光栅，用“7”表示包含在第一光栅5中的测试结构的已产生的图像，并且用“8”表示第二光栅或莫尔掩模。通常，一方面测试结构图像7的平面和另一方面第二光栅8或莫尔掩模的平面重合，并且在图14中仅出于更好地图示的目的以空间分离来描绘。通过检测器布置9确定光传播方向中的第二光栅8或莫尔掩模的下游所获得的光分布10(其根据图15典型地具有有特点的条纹图案)。在此，在由第一光栅和第二光栅构成的光栅布置的适当设计的情况下，在无像差成像的情况下已传输的光强度是最大值，然而存在投射镜头6的成像像差的情况下，因为在经受像差的成像的情况下来自包含在第一光栅5中的测试结构的明区域的光逐渐增加地入射在第二光栅8或莫尔掩模的暗区域上，所以已传输的光强度减小。

已知基于莫尔测量的不同测量和评估方法，以确定测试物体或投射镜头的相应的关联成像像差。这些测量和评估方法共同具有的是，各基于指定范围内的平均化获得用于单独场点的信号。在此，继而，在多个场点的信号是期望的，以便于能够确定诸如畸变的成像像差的场分布。

然而，实际上在此发生的一个问题是，由于从测试物体或投射镜头6或莫尔掩模8发射的光的角分布，可能发生如图16所示的分配到不同场点的相应光锥的重叠(图16中“9a”和“9b”所表示的)，结果是在各种情况下用于评估不同场点的光在相应检测平面中部分重合。该效果的原因是，由于从测试物体发射的光的角分布而存在光发散，由在莫尔掩模处衍射引起的光发散，以及由于可能的杂散光的发散及其他。

然而，获得莫尔测量中的最高可能场分辨率是可期望的，特别地如果在相对窄的像场中——例如由设计为用于EUV操作的投射镜头产生的——附加地旨在为确定例如畸变的场分布来确定相互独立测量信号的最高可能数目。

发明内容

在上述背景下，本发明的目标是提供光学测试物体的莫尔测量的设备和方法，其允许在确定测试物体的成像像差时的改进的场分辨率。

该目标由根据独立专利权利要求1的特征的布置和根据并列权利要求16的特征的方法来实现。

一种光学测试物体的莫尔测量的设备包括：

-光栅布置，其由在测试物体上游的光束路径中可定位的第一光栅和在测试物体下游的光束路径中可定位的第二光栅构成，

-评估单元，其具有至少一个检测器，在位于光束路径中的第二光栅的下游的检测平面中评估由两个光栅的叠加所产生的莫尔结构；以及

-至少一个孔径光阑，通过该至少一个孔径光阑将在从第二光栅出射的光之后所产生的光分布以区域化方式遮蔽，使得仅仅在第二光栅上的所有场点的子集的光到达所述检测平面。

本发明特别地基于以下构想，在诸如微光刻曝光设备的投射镜头的光学测试物体的莫尔测量的设备中，使用孔径光阑区域化遮蔽从莫尔掩模或第二光栅发射的光之后已经产生的光分布，使得在各种情况下只有所有场点的子集的光到达检测器。在孔径光阑的位置中可测量的场点的选择可以在这里使得，来自不同场点的光不可以叠加(其中，例如在一个设定中仅捕获每个第二、每个第三或每个第四场点)。

孔径光阑优选地在此实施为使得第二光栅上的所有场点中的到达检测平面的相关子集在各种情况下是可变化设定的。以这种方法，可以在进行多个连续测量(例如，将孔径光阑位移到相应不同测量位置中)的过程期间实现以顺序测量序列捕获所有场点。

因此，在光束路径中来自第二光栅或莫尔掩模的不同场点的光锥的非期望叠加，并且因此相应分配到所述场点的信息的非期望混合可以由此避免，可是——在进行多个顺序测量步骤的过程中——最终对于孔径光阑的不同位置或因此实现的不同遮蔽，同样可以获得相应期望总数目的测量点，其中捕获了第二光栅上的所有场点。

同时，由于以多个测量步骤实现了通过相应不同遮蔽避免所述光锥的重叠或与莫尔掩模的不同场点关联的信息的混合，降低了将检测平面尽可能地靠近第二光栅或莫尔掩模的需求。换言之，由于根据本发明的孔径光阑用途，还可以在在莫尔掩模和检测平面之间的相对较大距离的情况下，避免与不同场点关联的光锥的所述混合。

根据一个实施例，通过关于光传播方向横向地放置和/或通过绕相对于光传播方向平行的轴线旋转，孔径光阑是可调整的。

根据一个实施例，孔径光阑可选自关于在相同位置中相应实现的遮蔽而彼此不同的多个孔径光阑。因此孔径光阑布置在可对应交换的光束路径中。与仅在连续测量步骤之间的其位置方面变化的同一个孔径光阑的用途相比较，在多个测量步骤中的不同孔径光阑的这样的用途具有以下优点：可以以简单方式，特别是由使用各作为“校准位置”的两个不同孔径光阑的匹配场点的能力，同时实现任何偏移的校准和校正。

根据一个实施例，孔径光阑或在光束路径中由此产生的图像位于以以下距离离开第二光栅：小于100μm、特别地小于80μm、更特别地小于60μm的距离。

孔径光阑可以特别地布置在第二光栅和检测器之间。然而，本发明不限于此。当然，在其它实施例中孔径光阑还可以相对于光传播方向直接布置在莫尔掩模或第二光栅的上游、或者直接布置在第一光栅的上游或下游。根据上述提及的标准在光束路径中所产生的孔径光阑的图像位于距第二光栅的小于100μm的距离处，还可以通过将孔径光阑布置在测试物体或投射镜头的中间像平面的区域中、或者在束路径中的其上游布置的照明设备的中间像平面的区域中来实现该标准。在此中间像平面的区域中的孔径光阑的放置具有以下优点，先前提及的距离标准相对易于满足，因为总体上没有其他光学元件位于所述中间像平面中。

根据一个实施例，检测平面距第二光栅的距离小于100μm、特别地小于80μm、更特别地小于60μm、更特别地小于40μm、更特别地小于10μm、更特别地小于5μm、更特别地小于1μm、更特别地小于200nm。

根据该实施例，在莫尔掩模(即，在光束路径中的测试物体的下游定位的第二光栅)和在光束路径中跟随的检测平面(其中用位于束路径中的测试物体的上游的第一光栅评估莫尔掩模的叠加发生)之间的距离因此选择为相对足够小。因此，在检测平面中的相应区域(来自场点的光分布其上)保持为小的。

以这种方法，在同一个测量步骤中，可以只有一些场点不得不相对于来自孔径光阑的光由孔径光阑覆盖，换言之，可以同时地或在同一个测量步骤中测量第二光栅上的指定数目的场点，并且因此实现总体上减少所需测量时间。

在将在下文更详细地描述的一些对应实施例中，本发明还包括各种在莫尔掩模和(基于照相机的)检测器之间的较小距离的各种实现方式，其中在各种情况下解决例如制造技术挑战。在其他实施例中，本发明还包括具有在实际(基于照相机的)检测器和莫尔掩模之间的相对较大距离的实施方式，其中，在将同样在下文更详细地描述的这些实施方式的情况下，各实现适合光学信号从检测平面(再次布置在距莫尔掩模小距离处)传输到检测器。因此在该光学信号传输的情况下，可以在各种情况下避免与不同场点关联的信号之间的“串扰”，因此还可以在此实现高场分辨率而避免如在引言部分所陈述的问题。

因此，因而可以实现测试物体的莫尔测量中的足够场分辨率，并且还在特别窄的像场情况下(例如在设计为EUV操作的投射镜头的情况下)，确定相关成像像差(诸如畸变)的场分布。

根据一个实施例，光学测试物体是微光刻投射曝光设备的投射镜头。

根据一个实施例，光学测试物体设计为在小于30nm、特别地小于15nm的操作波长处操作。

根据一个实施例，检测器具有光传感器的阵列。

根据一个实施例，检测器具有光纤式耦合到检测平面的传感器布置。

根据一个实施例，设备具有将在检测平面中获得的光分布成像到检测器上的辅助光学单元。

根据一个实施例，设备还具有量子变换层，其吸收作为主要光的到达检测平面的第一波长范围的光且发射与所述第一波长范围不同的第二波长范围的次级光。

根据一个实施例，量子变换层在第一波长范围中的穿透深度小于10μm、特别地小于5μm。

根据一个实施例，设备还具有滤色层，其将不由量子变换层吸收的光至少部分地过滤出。

本发明还涉及一种使用具有上文所述特征的设备的光学测试物体的莫尔测量的方法，其中，通过至少一个孔径光阑，在多个测量步骤中以区域化方式遮蔽在从第二光栅出射的光之后所产生的光分布，使得在各种情况下只有第二光栅上的所有场点的子集的光到达检测平面。

根据一个实施例，通过将孔径光阑变换到不同测量位置中和/或通过交换所述孔径光阑，在顺序测量序列中实现所有场点的捕获。

关于该方法的优点和有利配置，参考与根据本发明的设备关联的上述解释。

可以从说明书和从属权利要求获得本发明的其他配置。

下面基于附图中所示的示例性实施例更详细地解释本发明。

附图说明

附图中：

图1-13示出了解释本发明的不同实施例的示意图；

图14-15示出了解释光学测试物体的莫尔测量的传统设备的结构和功能原理的示意图；以及

图16示出了阐明莫尔测量的传统设备中发生的问题的示意图。

具体实施方式

根据本发明每个图1a-c提供孔径光阑14(或者图1b和图1c中分别为14’或14”)，该孔径光阑14沿光传播方向横向地可位移到不同测量位置中。

可以经由孔径光阑14，以区域化方式遮蔽自莫尔掩模或第二光栅11发射的光之后产生的光分布，使得在各种情况下只有所有场点的子集的光到达检测器12。在孔径光阑14的位置中可测量的场点的选择可以在这里使得，来自不同场点的光不可以叠加(其中，例如在一个设定中仅捕获每第二个、每第三个或每第四个场点)。在连续进行多个测量的过程中，可以通过将孔径光阑14位移到不同测量位置中来实现在顺序测量序列中捕获莫尔掩模或第二光栅上的所有场点。

所述孔径光阑可以如图1a、b布置在莫尔掩模或第二光栅11(其形成在基板13上)和检测器12之间，并且特别如图1b具有多个孔径开口。如图1c，孔径光阑14”还可以相对于光传播方向直接布置在莫尔掩模或第二光栅11”的上游。

此外，如图2a-b，孔径光阑24或24’还可以相对于光传播方向直接布置在第一光栅的下游(图2a)或者第一光栅的上游(图2b)。在图2a-b中，“26”和“26’”表示第一光栅的基板，“20”和“20’”表示测试物体或投射镜头，并且“22”和“22’”表示检测器。

总体而言，孔径光阑或在光束路径中由其产生的图像位于以以下距离离开第二光栅或莫尔掩模：优选地小于100μm、特别地小于80μm、更特别地小于60μm的距离。在本发明的实施例中，如在图3a-b所示意性示出的，该距离标准还可以通过在中间像平面的区域中布置孔径光阑来实现。图3a示出了根据本发明的孔径光阑34放置在位于第一光栅35的上游的照明装置(其中在图3a中示出了仅一个透镜元件37)内的中间像平面中。此外，图3a中用相对于图2a增加了“10”的附图标记来表示类似的或具有实质上相同功能的部件。图3b以非常简化方式同样示意性示出了，将根据本发明的孔径光阑34’放置在测试物体或投射镜头30’内的中间像平面中，其中在此用“35’”表示第一光栅且用“32’”表示检测器。

此外，在各种情况下从参考图14-16所描述的莫尔测量的基本设置出发，描述了本发明的各种实施例，其中各实现在检测平面和莫尔掩模之间的小距离，以便于在避免在引言部分所描述的问题(特别是图16中所示的光锥的重叠)时实现高的场分辨率。

在图1-5中所示的实施例中，这通过实现相应所使用的(例如，基于照相机的)检测器和莫尔掩模之间的对应小距离来完成，然而，在图6-10所示的实施例中，各实现检测平面和检测器(远离于这些示例中的莫尔掩模)之间的合适光信号传输。

图4首先示出了实施例，其中将第二光栅41或莫尔掩模施加到直接位于检测器42上的基板片43，使得在此经由基板片43的厚度来调整在莫尔掩模或第二光栅41和检测平面之间的距离。

基板片43可以是例如具有25μm的示例性厚度的玻璃膜。基板片43可以在此实施为使得获得反射减少效应以减少非期望的干涉信号。

图5示出了其他实施例，其中类似的或具有实质上相同功能的部件用增加了“10”的附图标记来表示。与图1相比，将如图5的莫尔掩模或第二光栅51直接施加到检测器52(其在示例性实施例中设计为照相机芯片)的表面。施加莫尔掩模或第二光栅51的结构在此已经可以是检测器52或照相机芯片的制造工艺的构成部分。

图6示出了其他实施例，其中，与图3相比，不直接将莫尔掩模或第二光栅61的结构施加到检测器62或照相机芯片，而是施加到位于检测器62上的保护层64。因此，可以防止制造工艺(其可以包括包含蚀刻步骤或电子束写入的光刻工艺)期间对检测器62的损害。可以在此将保护层64仅以区域化方式施加到检测器62的感光表面上，或者施加在检测器62的整个感光表面上。此外，保护层64还可以有可能包封整个检测器62或照相机芯片。可以以合适的方式选择保护层64的厚度来调整莫尔掩模或第二光栅61和检测器62或检测平面之间的期望距离，并且附加地实现减少反射以消除非期望的干涉信号。在示例性实施例中，保护层64可以由石英玻璃(SiO₂)来产生并且具有范围为从20nm到200nm的厚度。

图7示出了其他实施例，其中与先前所描述的实施例相比，莫尔掩模或第二光栅71布置在面向离开检测器72的透明基板73的那个侧面上。作为该布置的结果，基板73自身可以具有——尽管在此还存在实现了在莫尔掩模或第二光栅71和检测平面之间的小距离——相对大的厚度(例如几百微米(μm))，因此可以实现增加该布置的稳定性。

图8示出了其他实施例，其中检测器85具有光传感器(诸如光电二极管)的阵列，其中另外在莫尔掩模或第二光栅81和形成检测器82的光传感器的阵列85之间再次提供薄基板83。由此，因为相对于相应可接受的制造步骤实现了更好的灵活性，所以可以相对于作为检测器的全区域照相机芯片改进可生产性。

图9和图10各示出了实施例，其中将检测器或形成所述检测器的传感器布置光纤耦合到检测平面。如图9和图10，从莫尔掩模或相应的第二光栅91或101出射的光的下游直接地相应接收光，其中然后将相应光信号经由光纤96(如图9)或单片面板106(如图10)引导到相应检测器92或102，其自身可以位于距莫尔掩模较大距离处。因为将在检测平面(再次仅仅距莫尔掩模小距离处)中记录的光光纤传输到相应检测器92或102，所以不会发生相应信号的混合或串扰。

图11、12和13示出了其他实施例，其中与先前所描述的示例相比，在各种情况下形式为附加投射光学单元的辅助光学单元用于将在检测平面(再次直接位于莫尔掩模的下游)中所获得的光场成像到远离的检测器112、122或132上。在此辅助光学单元118、128或138各实施为使得其可以传输已经在莫尔掩模或第二光栅111、121或131的下游所获得的光的全角度谱，或者至少相应角度谱的代表性部分。

与图11相比，如图12的莫尔掩模或第二光栅121位于量子变换层129上，其吸收到达检测平面的第一波长范围作为主要光的光并且发射与第一波长范围不同的第二波长范围的次级光。

在示例性实施例中，可以仅仅例如由锂玻璃产生量子变换层129，其对小于350nm的波长穿透深度小于5μm，并且发射波长范围在360nm和500nm之间的次级光。因此，由辅助光学单元128传输的角分布可以代表检测平面中的实际光强度，并且可以不考虑位于莫尔掩模上的结构的衍射效应。作为量子变换层129的材料对主要光的低穿透深度和在该材料中仅几微米(μm)的光路径之后因而发生的吸收的结果，甚至在该实施例中有效地保持检测平面和莫尔掩模之间的小距离，因为作为低穿透深度的结果，不同的、相邻的场点的主要光不能重合。

图13示出了其他实施例，其中类似的或具有实质上相同功能的部件用相对于图12增加了“10”的附图标记来表示。

与图12比较，在图13的实施例中提供附加地滤色层140，其将未经由量子变换层139吸收的光至少部分过滤出。由此，可以考虑的事实为，在使用相对薄的量子变换层139时，所使用的(主要)光的穿透深度可以超过量子变换层139的厚度(即检测平面和莫尔掩模之间的有效距离)，其中在此可以通过滤色层140消除未变换的主要光。

在其他实施例中，减少非期望的干涉信号或出于保护目的的附加保护层和/或抗反射层可以用在莫尔掩模和量子变换层之间、量子变换层和滤色层之间、和/或在滤色层下游的束路径中。

尽管已经基于特定实施例描述本发明，但是例如通过组合和/或交换单独实施例的特征，许多的变型和替代性实施例对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，对于本领域技术人员而言更不用说，本发明附随地包含了这样的变型和替代性实施例，并且本发明的范围仅受限于所附的专利权利要求及其等同的含义内。

Claims (17)

1.一种光学测试物体的莫尔测量的设备，包括：

-光栅布置，该光栅布置由在所述测试物体上游的光束路径中可定位的第一光栅(25、25’、35、35’)和在所述测试物体下游的光束路径中可定位的第二光栅(11、11’、11”、41、51、61、71、81、91、101、111、121、131、141)构成；

-评估单元，该评估单元具有至少一个检测器(12、12’、12”、22、22’、32、32’、42、52、62、72、82、92、102、112、122、132、142)，在位于所述光束路径中的所述第二光栅的下游的检测平面中评估由两个光栅的叠加所产生的莫尔结构；以及

-至少一个孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)，通过所述至少一个孔径光阑将在从所述第二光栅出射的光之后所产生的光分布以区域化方式遮蔽，使得仅仅在所述第二光栅上的所有场点的子集的光到达所述检测平面。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)实施为使得所述第二光栅上的所有场点中的到达所述检测平面的相关子集在各种情况下是可变化设定的。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，通过沿光传播方向横向地放置和/或通过绕相对于所述光传播方向平行的轴线旋转，所述孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)是可调整的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)可选自相对于在相同位置中相应实现的遮蔽而彼此不同的多个孔径光阑。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)或在所述光束路径中由其产生的图像位于以以下距离离开所述第二光栅：小于100μm、特别地小于60μm、更特别地小于10μm的距离。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述孔径光阑(14、14’)布置在所述第二光栅(11、11’)和所述检测器(12、12’)之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测平面距所述第二光栅的距离小于100μm、特别地小于80μm、更特别地小于60μm、更特别地小于40μm、更特别地小于10μm、更特别地小于5μm、更特别地小于1μm、更特别地小于200nm。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述光学测试物体是微光刻投射曝光设备的投射镜头。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述光学测试物体设计为在小于30nm、特别地小于15nm的操作波长处操作。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测器(82)具有光传感器的阵列(85)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述检测器(92、102)具有光纤耦合到所述检测平面的传感器布置。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有辅助光学单元(118)，所述辅助光学单元(118)将在所述检测平面中获得的光分布成像到所述检测器(112)上。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还具有量子变换层(129、139)，所述量子变换层(129、139)吸收作为主要光到达所述检测平面的第一波长范围的光并且发射与所述第一波长范围不同的第二波长范围的次级光。

14.根据权利要求13所述设备，其特征在于，所述量子变换层(129、139)在所述第一波长范围中的穿透深度小于10μm、特别地小于5μm。

15.根据权利要求13或14所述的设备，其特征在于，所述设备还具有滤色层(140)，所述滤色层(140)至少将未经由所述量子变换层(139)吸收的光过滤出。

16.一种光学测试物体的莫尔测量的方法，使用如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，通过所述至少一个孔径光阑(14、14’、14”、24、24’、34、34’)，在多个测量步骤中以区域化方式遮蔽在从所述第二光栅出射的光之后所产生的光分布，使得在各种情况下只有所述第二光栅上的所有场点的子集的光到达所述检测平面。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，通过将所述孔径光阑变换到不同测量位置中和/或通过交换所述孔径光阑，在顺序测量序列中实现所述第二光栅上所有场点的捕获。