专利名称：检验设备、光刻设备以及器件制造方法
技术领域：
本发明涉及可用于例如通过光刻技术制造器件的检验设备。
背景技术：
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(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(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。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含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的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，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。为了监测光刻过程，需要测量图案化的衬底的参数。参数可以包括例如形成在图案化衬底内或上面的两层之间的重叠误差或显影后的光致抗蚀剂的临界线宽。可以在产品衬底和/或专用测量目标上执行这种测量。存在多种技术用于测量在光刻过程中形成的显微结构，包括使用扫描电子显微镜和不同的专用工具。一种快速且非损伤形式的专用检验工具的是散射仪，其中辐射束被引导至衬底表面上的目标上，并且测量散射或反射束的性质。通过对比束在其已经被衬底反射或散射之前和之后的性质，可以确定衬底的性质。这例如可以通过对比反射束与存储在同已知的衬底性质相关的已知测量结果的库内的数据来完成。已知两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并且测量散射到特定的窄角度范围的辐射的光谱(作为波长函数的强度)。角度分辨散射仪使用单色辐射束并测量作为角度函数的散射辐射的强度。在抗蚀剂厚度进一步缩小并且引入更多复杂的光刻叠层(例如配置用于双重曝光的叠层)的情况下，临界尺寸(CD)和重叠(OV)测量性能将也必须提高以监测光刻过程。提高CD测量性能的一种方法是缩短测量辐射的波长，例如紫外辐射。然而，OV测量通常需要具有近红外波长的辐射以观察通过不同处理层的重叠目标。因此，需要检验设备，例如散射仪，其可以在大约200nm至大约850nm光谱带范围内操作以在不损害例如视场、光瞳像差、整体透射、偏振性质(引入的椭圆率)以及透射均匀性等光谱性能的情况下进行⑶和OV测量。光学性能下降可能会导致OV和CD测量的精确度降低，以及系统生产率降低。
提高CD和OV测量性能的另一方法是改进与检验设备一起使用的物镜。通常有两种类型的物镜用于散射仪应用折射型物镜和反射折射型物镜。以前的折射型物镜的一个缺点在于，工作距离相对短。例如，当数值孔径(NA)等于大约O. 95时工作距离通常小于O. 35mm。以前的折射物镜的另一缺点在于，操作波长光谱范围限于大约450_700nm。此外，以前的折射物镜仅具有平面的复消色差校正。因而，需要具有增大的工作距离、加大的操作光谱带宽以及改善的复消色差校正的折射物镜。以前的反射折射物镜的一个缺点在于，它们引入场曲，以前的反射折射物镜通常具有远离零的大的佩兹伐(Petzval)和。以前的反射折射物镜还遭受降低图像对比度的模糊。例如散射仪等检验设备的反射折射物镜还可以校正光瞳像差。由于大的佩兹伐曲率和光瞳尺寸，以前的反射折射物镜的光瞳像差大。
发明内容
因此，需要改进的检验设备、反射折射物镜以及折射物镜。在一个实施例中，检验设备包括照射系统，配置成接收第一束并由第一束产生第二和第三束，和反射折射物镜，配置成引导第二束从晶片反射。检验设备还包括第一传感器，配置成检测由反射的第二束形成的第一图像。检验设备还包括折射物镜，所述折射物镜配置成引导第三束从所述晶片反射；和第二传感器，配置成检测由反射的第三束形成的第二图像。在一个实施例中，第一和第二图像可以用于CD测量。在一个实施例中，第二束具有从大约200nm至大约425nm的光谱范围，第三束具有从大约425nm至大约850nm的光谱范围。检验设备还可以包括第三传感器，配置成检测由从晶片反射的第三束产生的第三图像。在一个实施例中，第三图像可以用于OV测量。 在另一实施例中，折射物镜，例如可以与检验设备一起使用的折射物镜，具有前透镜组、中间透镜组以及后透镜组。前透镜组包括前弯月形透镜和后弯月形透镜。中间透镜组包括从折射物镜的前面至后面依次的第一双合透镜(doublet)、第二双合透镜、三合镜(triplet)以及双合透镜。后透镜组具有负的双合透镜。在另一实施例中，物镜系统，例如可以与检验设备一起使用的物镜系统，包括反射折射物镜和至少两个反射镜，配置用以减小由反射折射物镜引入的场曲。在一个实施例中，光刻设备包括照射光学系统，布置成照射图案；投影光学系统，布置成将图案的图像投影到衬底上；以及检验设备。检验设备包括照射系统，配置成接收第一束并由第一束产生第二和第三束；和反射折射物镜，配置成引导第二束从晶片反射。检验设备包括第一传感器，配置成检测由反射的第二束形成的第一图像。检验设备还包括折射物镜，配置成引导第三束从所述晶片反射；和第二传感器，配置成检测由反射的第三束形成的第二图像。在另一实施例中，一种确定衬底参数的方法，包括引导第一束通过反射折射物镜到衬底上，使得第一束从衬底反射；和使用反射的第一束形成衬底的第一图像。可以使用第一图像确定衬底的第一参数。所述方法还包括引导第二束通过折射物镜到衬底上使得第二束从衬底反射；和使用反射的第二束形成衬底的第二图像。可以使用第二图像确定衬底的第二参数。本发明的其他特征和优点以及本发明不同实施例的结构和操作将在下文中参照附图进行描述。本发明不限于这里所描述的具体实施例。在这里给出的这些实施例仅是示例性用途。基于这里包含的教导，其他的实施例对本领域技术人员将是显而易见的。
合并于此并且形成说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与相关描述一起进一步用于解释本发明的原理，使得本领域普通技术人员能够实现和使用本发明。图1示出一种光刻设备。图2示出一种光刻单元或簇。图3示出第一散射仪。图4示出第二散射仪。图5示出根据一个实施例的检验设备。图6示出在用于⑶测量的图5的检验设备的传感器上形成的图像。图7示出在用于OV测量的图5的检验设备的传感器上形成的图像。图8示出反射折射物镜的光学示意图。图9示出包括四个校正反射镜的反射折射物镜系统的光学示意图。图10示出根据包括两个校正反射镜的另一实施例的反射折射物镜系统的光学示意图。图11示出根据包括三个校正反射镜的还一实施例的反射折射物镜系统的光学示意图。图12示出根据包括四个校正反射镜和折射元件的另一实施例的反射折射物镜系统的光学示意图。图13示出折射物镜的光学示意图。图14示出根据一个实施例的折射物镜的纵向色差的曲线。图15示出根据另一实施例的折射物镜的光学示意图。图16示出可以与根据一个实施例的检验设备一起使用的照射系统的光学示意图。结合附图通过下面详细的说明，本发明的特征和优点将变得更加清楚，在附图中相同的附图标记在全文中表示对应元件。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。元件第一次出现的附图用相应的附图标记中谱左边的数字表不。
具体实施例方式本说明书公开一个或多个实施例，其中并入了本发明的特征。所公开的实施例仅给出本发明的示例。本发明的范围不限于这些公开的实施例。本发明由所附的权利要求来限定。所述的实施例和在说明书中提到的“ 一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所有的特定的特征、结构或特性。而且，这些段落不必指的是同一个实施例。此外，当特定特征、结构或特性与实施例结合进行描述时，应该理解，无论是否明确描述，实现将这些特征、结构或特性与其他实施例相结合是在本领域技术人员所知的知识范围内。然而，在详细描述这些实施例之前，给出应用本发明的实施例的示例环境可能是有利的。图1示意地示出一种光刻设备。所述设备包括照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据特定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据特定的参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，其配置成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(例如包括一根或更多根管芯)上。照射系统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、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。所述支撑结构MT支撑图案形成装置，即承载图案形成装置的重量。支撑结构MT以依赖于图案形成装置的方向、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MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构MT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MT可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。这里使用的术语“掩模版”或“掩模”可以看作与更为上位的术语“图案形成装置”同义。这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义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。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的所需图案精确地相同(例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。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对应，例如集成电路。图案形成装置可以是透射型的或反射型的。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LCD面板。掩模在光刻技术中是熟知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，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。这里使用的术语“投影系统”可以广义地解释为包括任意类型的投影系统，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系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里任何使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。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)。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，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。
所述光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体覆盖(例如水)，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术用于提高投影系统的数值孔径在本领域是熟知的。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和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，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，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、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD —起称作辐射系统。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IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和ο-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL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。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MA来形成图案。在已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置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，例如以便将不同的目标部分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或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器IF(在图1中没有明确地示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模ΜΑ。通常，可以通过形成所述第一定位装置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定位装置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)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记Ml、M2和衬底对准标记P1、Ρ2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准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间(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掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(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。2.在扫描模式中，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(B卩，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统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)，而所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台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。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。如图2所不,光刻设备LA形成光刻单兀LC的一部分(有时也称为光刻兀或者光刻簇)，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置或机械手RO从输入/输出口 1/01、1/02拾取衬底，将它们在不同的处理设备之间移动，然后将它们移动到光刻设备的进料台LB。经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自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产率和处理效率最大化。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，例如两层之间的重叠误差、线条粗细、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对后续衬底的曝光进行调整(尤其是如果检验能够即刻完成或足够迅速到使同一批次的其他衬底仍处于待曝光状态时)。此外，已经曝光过的衬底也可以被剥离并被重新加工(以提高产率)，或可以被遗弃，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，可以仅对认为是完好的那些目标部分进行进一步曝光。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。为了能进行最迅速的测量，需要检验设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层中的属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度(在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂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潜影的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)之后进行，所述曝光后的烘烤步骤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，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜在的。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，或者在诸如刻蚀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进行重新加工的可能性，但是仍旧可以提供有用的信息。图3示出可以用在本发明的一些实施例中的散射仪。散射仪包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底W上。反射的辐射传递至光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10 (强度是波长的函数)。通过这个数据，引起被检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU(例如通过严格耦合波分析(RCWA)和非线性回归，或通过与图3底部示出的模拟光谱库进行比较)进行重构。通常，对于所述重构，已知所述结构的通常形式，且通过根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有结构的一些参数根据散射测量数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。然而在正入射的条件下，该散射仪对图案不对称性不敏感。为了检测第零衍射级中图案的不对称性，需要倾斜入射。可以用于一些实施例的另一个散射仪如图4所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12聚焦并透射通过干涉滤光片13和偏振器17，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(在一些实施例中为至少O. 9，并且在一些实施例中为至少O. 95)的显微镜物镜透镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有超过I的数值孔径的透镜。然后，所反射的辐射通过部分反射表面16透射入检测器18，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜系统15的焦距处的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地通过辅助的光学元件(未示出)在检测器上重新成像。所述光瞳平面是在其中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30的两维角散射光谱。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)传感器的阵列，且可以采用例如每帧40毫秒的积分时间。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，辐射束的一部分通过所述分束器作为参考束朝向参考反射镜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，或替代地投影到不同的检测器上(未示出)。一组干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低(例如200_300nm)的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可能被用于替代干涉滤光片。检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射光的强度，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，检测器可以独立地测量横向磁场和横向电场偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。能够采用给出大集光率的宽带光源(即具有宽的光频率或波长范围以及由此具有宽的色彩范围)，由此允许多个波长的混合。在宽带上的多个波长优选每个具有△ λ的带宽和至少2Λ λ (即带宽的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经被用光纤束分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，角分辨散射光谱可以在多个波长上被并行地测量。可以测量包含比二维光谱更多的信息的三维光谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加了量测工艺的鲁棒性(robustness)。这在EP1，628，164A中进行了更详细的描述，该文档以引用的方式整体并入本文中。衬底W上的目标30可以是一维周期光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述条纹由实抗蚀剂线构成。所述目标30可以是二维周期光栅，其被印刷成使得在显影后，光栅在抗蚀剂中由固态的抗蚀剂柱或通孔形成。条纹、柱或通孔可以替代地被蚀刻到衬底中。该图案对于光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差和照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射测量数据被用于重构光栅。一维光栅的参数(例如线宽和线形)或二维光栅(例如柱或通孔宽度或长度或形状)的参数可以被输入到重构过程中，所述重构过程由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他的散射测量工艺的知识实现。如上所述，目标在衬底的表面上。该目标在光栅中将通常具有一系列的线的形状或具有二维阵列形式的大致矩形的结构。严格的光学衍射理论在量测中的用途是有效地计算从目标反射的衍射光谱。换句话说，获得目标形状信息用于CD(临界尺寸)一致性和重叠量测。重叠量测是测量两个目标的重叠以便确定衬底上的两个层是否对准的测量系统。CD 一致性仅是光谱上的光栅的一致性的测量结果、用以确定光刻设备的曝光系统是如何实现功能的。具体地，CD或临界尺寸是被“写入”到衬底上的物体的宽度并且是光刻设备能够物理地写入到衬底上的极限。图5示出根据一个实施例的检验设备500。检验设备500可以是散射仪系统。散射仪系统500可以感测晶片508的一个或更多个性质，例如CD和OV测量。在一个实施例中，检验设备500在从大约200nm至850nm的宽的光谱范围内操作。检验设备500可以用于EUV光刻并允许高的生产率和精确的CD和OV量测。检验设备500包括辐射源502、反射折射物镜504、折射物镜506、第一传感器510以及第二传感器512。辐射源502可以是例如宽带(白光)辐射源。辐射源502产生辐射束516。检验设备500还可以包括照射器518，照射器518配置成调节辐射束516。可以与检验设备500 —起使用的照射器的一个示例在下文中参照图16进一步描述。在一个示例中，设备500由辐射束516产生第一束522和第二束524。设备500配置成引导第一束522至反射折射物镜504。设备500配置成引导第二束524至折射物镜506。在一个实施例中，第一束522具有从大约200nm至大约425nm的光谱范围，第二束524具有从大约425nm至大约850nm的光谱范围。在一个实施例中，设备500包括照射系统，所述照射系统包括照射器518和分束器520，分束器520将束516分成第一束522和第二束524。分束器520可以是两个三角棱镜或配置成将辐射束516分成第一束522和第二束524的任何其他光学器件。在另一实施例中，设备500包括可切换反射镜装置(未示出)，其配置成在方向朝向反射折射物镜504的光学路径和方向朝向折射物镜506的光学路径之间改变辐射束516的方向。在一个示例中，在到反射折射物镜504的光学路径中，设备500还可以包括一个或更多个折叠反射镜或一个或更多个分束器，配置成引导第一束522至反射折射物镜504。在如图5所示的示例中，设备500包括一个折叠反射镜526和一个分束器528，其将束522从分束器520引导至反射折射物镜504。第一束522被引导通过反射折射物镜504并被聚焦在晶片508的一部分上。第一束522随后被反射返回通过反射折射物镜504和分束器528，并被引导至第一传感器510。反射折射物镜504可以具有大的NA。例如，反射折射物镜504可以具有从大约O. 90至大约1. O范围的NA，并且在某些实施例中，NA大约为O. 95。反射折射物镜504还可以在宽的光谱范围上是消色差的，例如在大约200nm至大约425nm范围上是消色差的。在某些实施例中，反射折射物镜504改善光学系统的涂覆和透射性质。在另一些实施例中，反射折射物镜504是鲁棒的、整体式两元件设计，如下文参照图8所述。设备500还可以包括一个或更多个中继反射镜，所述中继反射镜配置成将第一束522从反射折射物镜504引导至第一传感器510。如图5所示，设备500包括第一中继反射镜530和第二中继反射镜532，它们配置成将第一束522从反射折射物镜504引导至第一传感器510。
在第一传感器510上形成的图像被用以确定晶片508的一个或更多个特性。第一传感器510可以是电荷耦合器(CXD)或任何其他合适的图像感测装置。第一传感器510可以用于CD测量或大目标OV测量。图6不出在使用环形孔时形成在第一传感器510上的不例性光瞳图像600。使用环形孔将不同的衍射级分开使得第零衍射级606、-1衍射级602、以及+1衍射级604如图6所示叠加。根据应用，光瞳孔的形状可以是环形以外的其他形状，例如光瞳孔可以是圆形、扇形、双极、狭缝或任何其他合适的形状。环形孔通常用于大的目标上的CD测量和OV测量。设备500还可以包括一个或更多个配置成引导第二束524至折射物镜506的元件。如图5所示，设备500包括分束器534，其将束524从分束器520引导至折射物镜506。折射物镜506可以是任何合适的折射物镜。例如，在一些实施例中，折射物镜506包括如下文参照图13-15详细描述的一个或更多个光学透镜。在一个示例中，第二束524的光谱范围可以从大约425nm至大约850nm，第二束524被引导通过折射物镜506并聚焦在晶片508的一部分上。第二束524随后被反射返回通过折射物镜506和分束器635，并被引导至第二传感器512。设备500还可以包括配置成引导和调节第二辐射束524至第二传感器512的一个或更多个光学元件。例如，如图5所示，设备500包括第一中继透镜536和第二中继透镜538。被反射的第二束524被引导至第二传感器512以形成图像。第二传感器512可以是C⑶或任何其他合适的感测装置。在一个实施例中，在第二传感器512上可以形成与图6中不出的光瞳图像600类似的光瞳图像，并用于大目标上的⑶测量和OV测量。在一个示例中，检验设备500还可以包括第三传感器514。第三传感器514可以是CXD或任何其他合适的感测装置。第三传感器514配置用于OV测量，并且尤其地用于小目标的OV测量。如图5所示，在该示例中，设备500包括第四分束器540，其将从晶片508上反射的第二束524分成两个束一个束被引导至第二传感器512，另一束被引导至第三传感器 514。在一个示例中，检验设备500包括位于第四分束器540和第三传感器514之间的一个或更多个光学元件，配置成将晶片的图像斑聚焦在第三传感器514上用于OV测量。例如，如图5所示，检验设备500包括用于遮挡第零衍射级的配置成暗场检测方法的中继透镜542和空间滤光片或场阑543。该系统的一个示例在2010年7月29日递交的美国专利申请出版物第2011/0027704号中描述，其通过引用全文并入。图7示出晶片508的形成在第三传感器514上的示例性斑图像，其包括晶片标记。场阑543的孔径阻挡第零衍射级。形成在第三传感器514上的例如图7中示出的图像可以用于确定晶片508的一个或更多个特性，例如小目标OV测量。因此，在一个示例中，将源辐射束516分成光谱范围在从大约200nm至大约425nm的第一辐射束522和光谱范围在从大约425nm至大约850nm的第二辐射束，增强了光学性能。同时，将检验设备500的宽光谱范围保持作为一个整体。因为如图500所示的检验设备500包括一个辐射源502，所以反射折射物镜504和折射物镜506具有匹配的参数，在一个实施例中例如匹配的光瞳尺寸、聚焦距离以及NA。例如，反射折射物镜504和折射物镜506都可以具有范围为从大约6. 6mm至大约6. 7mm的光瞳直径。在照射器518中的光瞳孔和每个物镜中的光瞳之间建立的光学通过也可以相等。
反射折射物镜的示例实施例图8示意地示出反射折射物镜804，其可以与图5示出的检验设备500 —起使用。如图8所示,反射折射物镜804包括折射元件844和一体元件845,例如一体玻璃元件。折射元件844调节第二辐射束822，例如通过图5示出的设备500的分束器520分开的具有从约200nm至约425nm范围的光谱的辐射束，以校正一个或更多个光学象差(例如慧差)。如图8所示,折射元件844包括表面S4和S5。一体元件845包括反射凸表面S7,其被定位用以反射通过折射元件844调节的辐射束822。一体元件845包括反射型的凹表面S8和在期望的波长范围中是基本上透明的表面S6。透明表面部分S6围绕光轴居中并且具有可以基于辐射束822的宽度的直径。在一个示例中，表面S6使由折射元件844入射的辐射束822通过，并且表面S8反射来自表面S7的束822的射线。也就是说，由折射元件844调节的辐射束822通过一体元件845的透明表面S6并入射在凸面反射表面S7上。一体元件845的表面S8接收由凸表面S7反射的辐射并朝向晶片808的目标部分反射该辐射。辐射在入射到晶片808的目标部分上之前穿过一体元件845的表面S9。在一个实施例中，反射离开反射表面S8的全部射线离开垂直于表面S9的一体元件845，并因此不被表面S9折射。结果，反射折射物镜804可以是消色差的。一体元件845可以包括玻璃,例如石英玻璃(SiO2)。图8中的实施例中示出的用于光学表面的示例参数在下面的表I中给出。表I
权利要求
1.ー种用于通过光学方式确定晶片的尺寸參数的检验设备，所述检验设备包括 照射系统，配置成接收第一束并由其产生第二束和第三束； 反射折射物镜，配置成引导第二束从所述晶片反射； 第一传感器，配置成检测由反射的第二束形成的第一图像； 折射物镜，配置成引导第三束从所述晶片反射；和 第二传感器，配置成检测由反射的第三束形成的第二图像。
2.如权利要求1所述的检验设备，其中所述照射系统还包括分束器，所述分束器配置成将第一束分成第二束和第三束使得第二束配置成提供晶片的临界尺寸測量并且第三束配置成提供晶片的重叠测量以监测光刻过程。
3.如权利要求1所述的检验设备，从辐射源起依次还包括 双合透镜，配置成沿光轴是可调节的； 可旋转的棱镜偏振器； 光瞳限定孔；和 反射镜中继光学系统，配置成将光瞳限定孔成像到反射折射物镜的入射光瞳平面内和折射物镜的入射光瞳平面内。
4.如权利要求1所述的检验设备，还包括分束器，配置成将第一束分成第二束和第三束，所述第二束和第三束分别被引导至反射折射物镜和折射物镜。
5.如权利要求1所述的检验设备，还包括第三传感器，配置成检测由反射的第三束形成的第三图像， 其中，使用第三图像确定晶片的重叠尺寸測量。
6.如权利要求1所述的检验设备，其中第二束具有第一光谱范围，第三束具有与第一光谱范围不同的第二光谱范围，使得检验设备的操作光谱范围包括第一光谱范围和第二光谱范围。
7.如权利要求1所述的检验设备，其中检验设备配置成使用第一图像确定晶片的第一临界尺寸測量，和 其中检验设备配置成使用第二图像确定第二临界尺寸測量。
8.如权利要求1所述的检验设备，其中折射物镜包括 前透镜组，具有前弯月形透镜和后弯月形透镜； 中间透镜组，从折射物镜的前面至后面依次具有第一双合透镜、第二双合透镜、三合镜以及一双合透镜；和 后透镜组，具有负的双合透镜。
9.如权利要求1所述的检验设备，其中 中间透镜组的三合镜包括前正透镜、中间负透镜以及后正透镜，和 后正透镜包括重燧石。
10.如权利要求1所述的检验设备，还包括至少两个反射镜，配置成减小由反射折射物镜引入的场曲。
11.ー种折射物镜，包括 前透镜组，具有前弯月形透镜和后弯月形透镜； 中间透镜组，从折射物镜的前面至后面依次具有第一双合透镜、第二双合透镜、三合镜以及一双合透镜，和 后透镜组，具有负双合透镜。
12.一种确定衬底參数的方法，所述方法包括步骤 引导第一束通过反射折射物镜到衬底上，使得第一束从衬底反射； 使用被反射的第一束形成衬底的第一图像； 使用第一图像确定衬底的第一參数； 引导第二束通过折射物镜到衬底上使得第二束从衬底反射； 使用被反射的第二束形成衬底的第二图像；和 使用第二图像确定衬底的第二參数。
13.如权利要求12所述的方法，其中 第一參数是第一临界尺寸測量；和 第二參数是第二临界尺寸測量。
14.如权利要求12所述的方法，还包括 使用被反射的第二束形成衬底的第三图像；和 使用第三图像确定衬底的第三參数。
15.如权利要求12所述的方法，还包括从第三束产生第一束和第二束的步骤， 其中由第三束产生第一束和第二束的步骤包括使用分束器将第三束分成第一束和第ニ束。
全文摘要
本发明公开了一种检验设备、光刻设备以及器件制造方法。该检验设备包括照射系统，配置成接收第一束并由其产生第二和第三束，和反射折射物镜，配置成引导第二束从所述晶片反射。检验设备还包括第一传感器，配置成检测由反射的第二束形成的第一图像。检验设备还包括折射物镜，配置成引导第三束从所述晶片反射，和第二传感器，配置成检测由反射的第三束形成的第二图像。在一个实施例中，第一和第二图像可以用于CD测量。在一个实施例中，第二束具有大约200nm至大约425nm的光谱范围，第三束具有大约425nm至大约850nm的光谱范围。检验设备还可以包括第三传感器，配置成检测由从晶片反射的第三束产生的第三图像。在一个实施例中，第三图像可以用于OV测量。
文档编号G01B11/00GK103034069SQ201210370728
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年10月3日
发明者S·Y·斯米诺夫, L·赖齐科夫, E·B·凯提, 安戴尔·琼比尤尔, D·赫德, Y·K·什马利威, R·D·雅各布斯 申请人:Asml控股股份有限公司