CN100588898C - 对微电子电路的计量表征 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平面对象的偏振测量方法和装置，该平面对象具有规则重复的图形并形成栅格线。基于本发明的方法，在入射角θ₁以及第一方位角φ₁下在零阶进行第一测量，在入射角θ₂以及第二方位角φ₂下在零阶进行第二测量，对入射光束的偏振态进行调制，并且对每次测量分析反射光束的偏振态，对真实对象的模型对象计算理论偏振测量数据，该模型对象包括利用电磁学理论可调节的参数。通过对于可调节参数的不同值将测量值与理论偏振测量数据反复进行比较来表征对象。

Description

对微电子电路的计量表征

技术领域

本发明涉及一种带有规则重复的图形并形成栅格线的微电子电路的偏振测量方法和装置。

背景技术

微电子元件制造的发展意味着越来越多地进行测量和控制加工。

实际中，当前大约为100nm的这些电路的临界尺寸(CD)的永久减少意味着采用相应的测量方法。同时，晶片尺寸的增大和用其每一个表示的成本实际上意味着在制造过程中的每个步骤对缺陷的控制和检测尽可能地快。

为此目的，使用带有同样重复的图形的晶片。从光学的观点，在平坦的载体上的图形的规则重复导致对象的实现表现为栅格。栅格的隔断(dashes)构成了顺序重复的图形。

由此，直到现在，在实验室中，本申请的发明人将不同光谱区域的Mueller椭圆偏振测量法用于表征衍射栅格。

通常，将椭圆偏振光谱测量法用于产业上(以下称作“散射测量”)，用于表征该电路。然后在零阶进行椭圆偏振光谱测量法测量，也就是说使分别为激励和测量光束的光束根据笛卡尔定律限定的角度相对于被测对象取向，其中入射平面垂直于由图形的重复形成的栅格的隔断。

发明内容

本发明的目的是改进这些存在的测量方法，同时提高其精度并且增加该表征的电路的元件的数量和性质。

为此目的，相对于标准“散射测量”技术能够增加测量的量的数量。首先，可以在至少两个不同的入射平面内进行偏振测量，也就是说在改变方位角的同时进行。其次，这些测量可以比常规的椭圆偏振测量法测量更完全。由此，整个Mueller矩阵或其特征值的确定分别提供了十六或四个量，而不是标准椭圆偏振测量法的两个角度ψ和Δ(或等价量)。在所有情况下，所获取的数据越多，理论上，越可能提供精确和稳定的对象特性，但是包括可能受到限制的计算时间。因此，已经发现了在测量数据的数量和处理的可能性之间的折中。

因此，本发明提供一种测量方法和测量设备，其既有效地改进了在先测量，又可与数据处理方法和可提供的装置兼容。更准确地，所述方法和实施方法的设备可以方便地在产业上使用。加工的时间需求不会造成不利于电路的制造，并且可与生产率一致。

由此本发明涉及一种平面对象的偏振测量方法，该平面对象具有规则重复的图形并形成栅格线，该方法包括在形成测量光束的所述对象上产生激励入射光束，其相对于该对象的取向用入射角θ和方位角φ表示。

基于本发明，

在入射角θ₁以及第一方位角φ₁下，在零阶进行第一测量，

在入射角θ₂以及第二方位角φ₂下，在零阶进行至少第二测量，

对入射光束的偏振态进行调制，并且对每次测量分析反射光束的偏振态，以便获得实验偏振测量数据，

对真实对象的模型对象计算理论偏振测量数据，所述模型对象包括利用电磁学理论可调节的参数，

通过对于可调节参数的不同值，将所述测量值与理论偏振测量数据进行反复比较，来表征所述对象。

在显示其特定优点的本发明的不同特定实施例中，

-理论偏振测量数据和测量值都由完全Mueller矩阵表示，

-所述理论偏振测量数据和所述测量值通过对所述完全的Mueller矩阵的特征值的线性组合获得，

-相对于图形的重复方向，方位角φ₁和φ₂在30°和90°之间，有利的是在30°和60°之间，

-相对于波长获得偏振测量值，以获得光谱测量值，

-波长的光谱范围定位在近紫外范围内，

-波长的光谱范围定位在可见光范围内，

-反复比较是最小二乘类型的方法，

-对于具有非对称轮廓的栅格，所述理论偏振测量数据的计算使用Weidner模型类型的方法。

本发明还涉及用于执行该偏振测量方法的设备。

基于本发明的第一实施例，该设备包括光源，两个偏振计，偏振计的每一个包括偏振态发生器(PSG)，偏振态分析器(PSA)和检测器。

基于本发明，一个方位角的方位取向不同于另一个方位角的方位取向，通过一个和另一个在所述对象上测量的点是重合的。

基于本发明的第二实施例，该设备包括用于激励对象的光源；偏振态发生器(PSG)；光学装置，其能够将所述光源产生的激励光通量朝向所述对象导引；偏振态分析器(PSA)；检测器，其能够接收该对象响应于激励通量产生的测量光通量；测量光学装置，其收集所述对象产生的测量光通量，并将其朝向所述检测器导引。

基于本发明，所述第二设备还包括能够使检测器根据在对象上的激励光通量的方位角和反射光通量的偏振态产生不同的测量的装置。

在本发明的不同特定实施例中，其每一个显示其特定的优点：

-该设备包括在所述对象处的光学装置，诸如所述激励光束，显示出在所述光源的衍射极限的5和100倍之间的范围的弱的空间相干性，

-该光源是经过滤光的常规光源，

-该光源包括不同波长的一个或若干个激光器，

-该设备包括能够分别将该光通量分离为激励和测量通量的半透明片，

-该设备包括宽的数字孔径物镜，所述数字孔径物镜具有傅立叶平面，能够使所述激励通量通过并会聚在对象上，并且还能够收集所述对象产生的测量通量，

-所述光学激励装置包括掩模，所述掩模位于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，能够根据不同的方位角产生入射在所述对象上的激励光通量，

-所述光学测量装置包括掩模，所述掩模位于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，能够根据不同的方位角收集所述对象发射的测量光通量，

-所述检测器是多点检测器，其被置于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，并且能够根据不同的方位角同时测量所述对象发射的测量光通量，

-所述PSG和所述PSA包括用于对所述入射光束的偏振态进行调制的装置和用于分析所述反射光束的偏振态的装置，以便测量所述栅格的整个Mueller矩阵，

-该设备包括用于进行与波长相关的偏振测量以便获得光谱测量值的装置，

-将波长的光谱范围设置在近紫外范围内，

-将波长的光谱范围设置在可见光范围内。

附图说明

参考附图更详细地描述本发明的实施例：其中

图1是表示偏振测量系统的图示，同时示出了主要参数；

图2是表示基于第一实施例的发明的装置的图示；

图3是表示基于第二实施例的发明的装置的图示；

图4和5以截面表示两种类型的几何模型，图4上的一个具有直侧面的隔断，图5上的另一个具有带倾斜侧面的隔断；

图6至9表示由图4和5的几何模型获得的测量的比较结果；

图10表示对测量有用的不同类型的覆盖；

图11表示当测量图10的对象时在Mueller矩阵的不同参数上获得的结果。

具体实施方式

在图1上，平面对象3接收激励光束1并返回测量光束2。该激励光束1相对于该对象3以入射角θ取向。入射平面6以方位角φ取向。此处关注点是零阶，也就是说，如上所述，激励光束1和测量光束2的光束分别根据笛卡儿定律限定的角度相对于测量对象3取向。入射光束1和测量光束2的偏振参数分别在标记7和8上表示。分别为Eⁱ和E^r的入射和反射偏振矢量在正交的轴上被分解为Eⁱ _p、Eⁱ _s和E^r _p、E^r _s。

图2是表示本发明的第一实施例的图示。对象15带有图形，该图形用其重复方向示意性地表示。两个Mueller偏振计通过其各自的偏振态发生器(PSG)11和12以及通过其各自的偏振态分析器(PSA)13和14示意性地示出。为了简便的目的，没有示出光源和检测器。在形成测量光束的对象上产生激励入射光束1，其相对于该对象的取向用入射角θ和方位角φ表示。

基于本发明，当测量时，利用偏振计之一进行下面的测量：首先在入射角θ₁和第一方位角φ₁下在零阶进行第一测量，以便获得相应的偏振测量数据。

用另一个偏振计同时进行接下来的测量，至少在入射角θ₂和第二方位角φ₂下在零阶进行至少一个第二测量，以便获得相应的偏振测量数据。

PSG 11、12和PSA 13、14包括用于调制入射光束1的偏振态的装置和用于分析反射光束2的偏振态的装置，以便同时测量两Mueller矩阵的全部，也就是说在不同的方位角φ₁和φ₂每个矩阵的16个偏振测量数据。

调节偏振计，使得通过两个偏振计在对象15上测量的点精确地重叠。

这些测量可以在不同波长下进行，所述波长通常在可见和/或达到大约200nm的紫外的范围内。

图3表示实现角度分辨率Muller偏振计的在可见光下运行的本发明的另一实施例。其包括对光源21产生的平行光通量起作用的偏振态发生器(PSG)25、透镜22、掩模23、透镜24、以及偏振态分析器(PSA)30，其对从对象29接收的经过显微物镜28的宽的数字孔径物镜(有利的是大于0.95)的平行光通量起作用。该宽的数字孔径使得能够在检测器处获得宽的角度扫描。

基于该第二实施例的装置包括光学装置，使得在对象处该激励光束显示出是光源21的衍射极限的5至100倍的弱空间相干性。光源21可以由常规的经过滤光的白色光源或者一个或几个具有小的相干性的不同波长的激光器构成，其目的是照亮尽可能多的隔断。

半透明片26能够使光通量分别分离为激励和测量通量。透镜31将PSA发射的光通量通过滤光器32朝向多点接收器33导引。

PSG 25由线性偏振器和两个液晶元件(LC)构成，该液晶元件为铁电的或向列的。可以将四分之一波片插入在两个LC之间以便提高设备的性能。PSA 30由对称的两LC以及线偏振器(或分析器)构成。每个LC的取向和相移(对于PSG和PSA是相同的)对应于优选的值。多点接收器33是CCD相机，其耦合到单色仪。从十六次测量获得Mueller矩阵的完全测量(十六个系数而不是常规椭圆偏振测量法中的两个)，同时将两个相移值连续地施加到液晶元件，使其取向固定。计入LC的开关时间，在可见区域在近似一秒内进行该光谱测量。

对于在液晶不透明的紫外光谱范围内的操作，可以使用由适于物镜工作波长的偏振器和延迟板构成的PSG，并且可以将其在其平面内至少定位于四个不同转动取向。PSA由同样的元件形成，沿相反方向行进。物镜既可以是反射物镜，反射物镜的优点是消色差性；也可以是用于UV光刻的用于给定波长(典型地为248nm)的物镜，优点是相对于反射物镜的典型值，其有较好的传榆和较大的数字孔径。

圆锥衍射在于进行具有不同方位角的测量中。共同地使用，相对于常规散射测量，Mueller偏振计显示出许多优点。实际中，Mueller偏振计在确定栅格的某些参数(例如在梯形隔断的情况下)方面具有较高的精度。另外，其能够解决常规散射测量固有的某些不定性，例如在重叠结构的情况下(在微电子学中称作“覆盖”)。

不管该实施例，对于实际对象的模型对象并行计算理论偏振测量值。该模型对象包括利用电磁学理论可调节的参数。

理论偏振测量数据和该测量值的每一个既可以用完全的Mueller矩阵表示，又可以用其特征值的线性组合表示。

下面描述用于获得Mueller矩阵的特征值的简化操作模式。该操作模式提供矩阵M M₀ ^-1的4个特征值，其中M是所要表征的对象的Mueller矩阵，M₀是假设为已知并且非奇异的参考对象的Mueller矩阵。由此该操作模式在仅提供两个值的常规椭圆偏振测量法和提供16个矩阵元素的完全Mueller偏振测量之间形成过渡。

本操作模式主要关注是其易于执行，因为其不需要任何对偏振测量的完全校准。如下进行：

-首先，对于将要被表征的对象，测量Mueller矩阵M₀的参考对象的参考矩阵B₀＝AM₀W，(该对象例如可以是可选的具有已知厚度的氧化层的硅或者玻璃)，该矩阵被计算为

B＝AMW，并且形成如下的乘积：

B₀ ^-1B＝W^-1M₀ ^-1MW和B B₀ ^-1＝AMM₀ ^-1A^-1

这些矩阵乘积具有与M₀ ^-1M和MM₀ ^-1相同的特征值，其由此能够在既不知道A也不知道W的情况下确定。理论上对两乘积相同的这些特征值，可提供测量的精度的简单测试。此外，假设M₀已知，还可以利用MM₀ ^-1的特征值，几乎不用更长的计算时间，来使用用于根据矩阵M重构栅格的隔断形式的任何理论模型。

然后通过对可调节的参数的不同值进行测量值和理论偏振测量数据之间的反复比较，来表征该对象。

模型对象的参数的优化值通过最小二乘类型的迭代方法来确定，例如x²法。

对于具有非对称轮廓的栅格，该计算也可以使用Weidner模型类型的方法。

基于本发明的优点通过下面两实例描绘。

这些实例的第一个，在图4至7上表示，示出了精确测量隔断的截面的形式的可能性，特别是对于单个对象，在具有倾斜侧面的隔断的模型34和具有直的侧面的隔断的模型35之间判别最合适的模型。

在若干个方位角下在可见范围(450-750nm)内使用Mueller光谱偏振计获得的结果与在更大的光谱范围(250-800nm)内在单个角度(φ＝0°)下通过常规椭圆偏振测量法获得的结果进行比较。

L是隔断的宽度，H是其高度，并且在具有倾斜侧面的对象34的情况下，A是在其底36和在其顶37处的宽度的差的一半。栅格的周期为Λ。

这些参数的额定值为：

Λ＝240nm，

H＝230nm，

L＝70nm，

A＝0nm。

取这些值作为起始点通过最小二乘法(x²)进行计算，其在进行一系列测量的同时进行计算：

·涉及N个椭圆偏振测量值Y_i，其中该指数从1至N变化(例如，在常规椭圆偏振测量法的情况下Y₁＝ψ，Y₂＝Δ，并由此N＝2；然而在Mueller偏振测定法中，由于Y_i是完全矩阵的16个元素，因此N＝16)，

·在一组M个波长λ_j，(1≤j≤M)上，

·在一组P个值的极坐标θ_k和方位角φ_k(1≤k≤P)上

通过提供这些相同值Y_i的理论值Y_i ^th的模型，调节Y_i的实验值，即Y_i ^exp(λ_j，θ_k，φ_k)。

对应于该组测量和拟合值的x²写为如下：

${\mathrm{\χ}}^2=\frac{1}{\mathrm{NMP}}\underset{i,j,k}{\mathrm{\Σ}}{(Y_i^{\exp }({\mathrm{\λ}}_j,{\mathrm{\θ}}_k,{\mathrm{\φ}}_k)-Y_i^{\mathrm{th}}({\mathrm{\λ}}_j,{\mathrm{\θ}}_k,{\mathrm{\φ}}_k))}^2$

图6表示通过常规椭圆偏振测量法和通过对不同方位角φ的Mueller偏振测量，对于具有直的隔断35和具有倾斜隔断34的一个和另一个模型获得的参数值。单位为nm的参数表示与方位角φ相关。Mueller偏振测量能够判别最合适的模型。两模型的曲线38和39明显不同。理想地，该曲线应当独立于φ。曲线39对应于具有倾斜隔断34的模型，其显示出最小的相关性。

图7表示对于两模型通过Mueller偏振测量获得的x²值。与方位角φ相关的x²值的变化能够判别最合适的模型。对于具有倾斜隔断34的模型，x²，也就是测量值和拟合值之间的差，是最小的，用曲线39表示，因此其是最合适的模型。

由此这能够检查基于本发明的方法能够有效确定最合适的模型，这并不能通过常规测量达到。

图8和9显示了与取方位角φ＝0°(图8)的测量和在Mueller偏振测量(图9)中取φ＝30°和φ＝60°的平均测量相比较的与参数A和L相关的参数x²。显然，如对在30°和60°的角度下的两测量的预期那样，获得了收敛40，而不存在任何多值性的可能性，而对于在0°的单次测量，收敛的点41是不确定的，并且由此不能进行精确测量。

由此确定，在30°和60°的角度下的测量能够消除不确定性。

然后应当在30°和60°之间的角度范围下进行该测量，不排除任何直到90°角度的测量。

第二实例由对叠层中的层的彼此覆盖的测量构成。沿一个方向或另一方向的这种覆盖在图12上以最佳叠层42示意性地示出，在中心没有表示任何覆盖。

该叠层限定的参数是隔断的宽度L，隔断的总高度H和覆盖D。栅格的周期为Λ。

使用由Weidner等提出的模型(Proc SPIE，5375(2004))。硅Si衬底43覆盖有90nm厚度的防炫层44(ARC)。在该层上，沉积树脂层45形成节距Λ＝145nm的栅格。获得的栅格更精确地由两相同尺寸L＝58nm(即，Λ/4)、相同高度0.5H＝50nm并且表现出覆盖D＝14.5nm(即，L/4)的栅格构成。

图13上的基于Weidner等人的模型的拟合对于两标准化的矩阵元素：M₂₃ ^＊＝M₂₃/M₁₁和M₃₄ ^＊＝M₃₄/M₁₁表现出向右(R)和向左(L)偏移的结果。元素M₂₃ ^＊仅根据通过Mueller偏振测量的测量获得，而M₃₄ ^＊通过Mueller偏振测量和标准椭圆偏振测量法给出。实线表示的曲线47和虚线表示的曲线48分别对应于向右(R)和向左(L)的偏移。这些曲线根据波数(nm)并对于不同的方位角给出。

对于方位角φ从0°至90°变化，基于波数的元素M₃₄ ^＊的表示49显示，无论角度φ如何变化，Weidner等人的模型沿覆盖方向都没有产生任何显著的不同。向右偏移获得的曲线47和向左偏移获得的曲线48实际上是重叠的。相反，仅在Mueller偏振中是有效的参数能够有效地在除了φ＝0°之外的向右或向左的偏移之间进行明显的区分，而对于φ＝90°具有最大灵敏度。

无论使用什么样的计算方法，基于本发明的Mueller偏振测量，包括在若干个方位角下的测量，能够获得更大数量的参数，这意味着更精确和更完全的对象表征。

Claims (25)

1.一种平面对象的偏振测量方法，该平面对象具有规则重复的图形并且形成栅格线，该方法包括在形成测量光束的所述对象上产生激励入射光束，其相对于该对象的取向用入射角θ和方位角φ表示，其特征在于

在入射角θ₁以及第一方位角φ₁下，在零阶进行第一测量，以获得第一偏振测量数据，

在入射角θ₂以及第二方位角φ₂下，在零阶进行至少第二测量，以获得第二偏振测量数据，

其中，对入射光束的偏振态进行调制，并且对第一测量和第二测量中的每次测量分析反射光束的偏振态，以便获得实验偏振测量数据，所述实验偏振测量数据由对应于所述第一测量和第二测量的Mueller矩阵表示，

对真实对象的模型对象计算由Mueller矩阵表示的理论偏振测量数据，所述模型对象包括利用电磁学理论可调节的参数，

通过对于可调节参数的不同值，将所述第一和第二偏振测量数据与理论偏振测量数据进行反复比较，来表征所述对象。

2.根据权利要求1的偏振测量方法，其特征在于，所述理论偏振测量数据由完全的Mueller矩阵表示，并且所述第一和第二偏振测量数据由两个完全的Mueller矩阵表示。

3.根据权利要求2的偏振测量方法，其特征在于，所述理论偏振测量数据和所述第一和第二偏振测量数据的每个都通过对所述完全的Mueller矩阵的特征值的线性组合获得。

4.根据权利要求1的偏振测量方法，其特征在于，相对于图形的重复方向，方位角φ₁和φ₂在30°和90°之间。

5.根据权利要求4的偏振测量方法，其特征在于，所述方位角φ₁和φ₂在30°和60°之间。

6.根据权利要求1的偏振测量方法，其特征在于，相对于波长获得所述第一和第二偏振测量数据，以获得光谱测量值。

7.根据权利要求6的偏振测量方法，其特征在于，波长的光谱范围在近紫外范围。

8.根据权利要求6的偏振测量方法，其特征在于，波长的光谱范围在可见光范围。

9.根据权利要求1的偏振测量方法，其特征在于，所述反复比较是最小二乘方法。

10.根据权利要求9的偏振测量方法，其特征在于，所述最小二乘方法是χ²方法。

11.根据权利要求1的偏振测量方法，其特征在于，对于具有非对称轮廓的栅格，所述理论偏振测量数据的计算使用Weidner模型方法。

12.一种用于执行根据权利要求1的偏振测量方法的设备，包括光源，两个偏振计，所述偏振计的每一个包括偏振态发生器(PSG)(11，12)，偏振态分析器(PSA)(13，14)和检测器，其特征在于：

所述偏振计中的一个的方位取向φ₁不同于所述偏振计中的另一个的方位取向φ₂，

通过一个所述偏振计和另一个所述偏振计在所述对象上测量的点是重合的。

13.一种用于执行根据权利要求1的偏振测量方法的设备，包括：用于激励对象(29)的光源(21)；偏振态发生器(PSG)(25)；光学装置，其能够将所述光源(21)产生的激励光通量朝向所述对象(29)导引；偏振态分析器(PSA)(30)；检测器(33)，其能够接收所述对象(29)响应于激励通量产生的测量光通量；测量光学装置，其收集所述对象(29)产生的测量光通量，并将其朝向所述检测器(33)导引，其特征在于，所述设备还包括能够使所述检测器根据在对象(29)上的激励光通量的方位角和反射光通量的偏振态产生不同的测量的装置。

14.根据权利要求13的设备，其特征在于，其包括光学装置，使得在所述对象处的激励光束显示出在所述光源(21)的衍射极限的5和100倍之间的范围的弱的空间相干性。

15.根据权利要求14的设备，其特征在于，所述光源(21)是经过滤光的常规光源。

16.根据权利要求14的设备，其特征在于，所述光源(21)包括能发出不同波长的激光的一个或多个激光器。

17.根据权利要求13的设备，其特征在于，其包括能够分离激励和测量光通量的半透明片(26)。

18.根据权利要求13的设备，其特征在于，其包括宽的数字孔径物镜，所述数字孔径物镜具有傅立叶平面，能够使所述激励通量通过并会聚在对象(29)上，并且还能够收集所述对象(29)产生的测量通量。

19.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述光学激励装置包括掩模，所述掩模位于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，能够根据不同的方位角产生入射在所述对象(29)上的激励光通量。

20.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述光学测量装置包括掩模，所述掩模位于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，能够根据不同的方位角收集所述对象(29)发射的测量光通量。

21.根据权利要求13的设备，其特征在于，所述检测器是多点检测器，其被置于所述物镜的所述傅立叶平面的光学共轭平面内，并且能够根据不同的方位角同时测量所述对象(29)发射的测量光通量。

22.根据权利要求12的设备，其特征在于，所述PSG(25)和所述PSA(30)包括用于对所述入射光束的偏振态进行调制的装置和用于分析所述反射光束的偏振态的装置，以便测量所述栅格的整个Mueller矩阵。

23.根据权利要求12的设备，其特征在于，其包括用于进行与波长相关的第一和第二偏振测量以便获得光谱测量值的装置。

24.根据权利要求23的设备，其特征在于，所述波长的光谱范围在近紫外范围内。

25.根据权利要求23的设备，其特征在于，所述波长的光谱范围在可见光范围内。

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