对微电子电路的计量表征的制作方法

专利名称：对微电子电路的计量表征的制作方法
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t艮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)的永夂减 少意p未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 的栽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谮区域的 Mueller椭圆偏振测量法用于表征衍射栅格。通常，将椭圃偏振光镨测量法用于产业上(以下称作"散射测量")， 用于*4￡该电路。然后在零阶进行椭圃偏振光镨测量法测量，也就是说使取向，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""it射测量"^L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V和A (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##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lt据处理方法和可^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i^Xt象上产生 激励入射光束，其相对于该对象的取向用入射角e和方位角(j)表示。基于本发明，在入射角^以及第一方位角(jh下，在零阶进行第一测量， 在入射角02以及第二方位角《|)2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JL^t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^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M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，200580047167.2说明书第3/10页-相对于图形的重复方向，方位角^和(J)2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，以获得光镨测量值， -波长的光镨范围定位在近紫外范围内， -波长的光镨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i殳备。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 ^t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^J"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^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千性，-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千个激光器，-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^t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^t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^J"象发射的测量 光通量，-所述PSG和所述PSA包括用于对所i^A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镨测量值的 装置，-将波长的光^普范围^:置在近紫外范围内， -将波长的光镨范围^:置在可见光范围内。


参考附图更详细地描述
具体实施例方式其中 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IO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e取向。入射平面6以方位角棒向。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^lt分别在标记7和8上表示。分别为W和Ef的入射和反射 偏振矢量在正交的轴上被分解为Esp、 E^和EV图2a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。为了筒4更的目的，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e和方位角(l) 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&和第一方位角f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02和第一方位 角如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.PSGll、 12和PSA13、 14包括用于调制入射光束l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(jh和(j)2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^f吏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i殳备的 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诿测量。对于在液晶不透明的紫外光谙范围内的操作，可以使用由适于物镜工 作波长的偏振器和延iiUl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，其有较好的传输和较大的数字孔径。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4t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，对于实际对象的沖莫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 M(T1的4个特征值，其中M是所J^Kit的对象的Mueller 矩阵，Mo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。如下进行國首先，对于将要^J^H的对象，测量Mueller矩阵M。的参考对象的 参考矩阵BG=AMGW,(该对象例如可以是可选的具有已知厚度的氧化层的 珪或者玻璃)，该矩阵被计算为B-AMW,并且形成如下的乘积Bo"B = W"M。"MW和B Bo1 = AMMo"A1这些矩阵乘积具有与Mo"M和MM/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Mo已知，还可以利用MM(T1 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M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 /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Mudler光镨偏 振计获得的结果与在更大的光镨范围(250-800nm)内在单个角度( = 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A。这些M的额定值为A = 240nm，H - 230nm，L = 70nm,A = Onm。取这些值作为起始点通过最小二乘法(/)进行计算，其在进行一系 列测量的同时进行计算.涉及iv个椭圆偏振测量值i;，其中该指数从l至w变化(例如，在常 规椭圆偏振测量法的情况下i;-y， r2=A，并由此〃=2;然而在Mueller偏振测定法中，由于l^是完全矩阵的16个元素，因此iV-16)，-在一组M个波长A" (lsy^Af)上， 在一组尸个值的极坐标&和方位角& (i)上 通过提供这些相同值^的理论值if的模型，调节K的实验值，即对应于该组测量和拟合值的？写为如下
<formula>formula see original document page 12</formula>
图6表示通过常规椭圆偏振测量法和通it^t不同方位角(j)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^t表示与方位角(l)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 应当独立于小。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f值。与方位角小 相关的f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， f，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(j) = 0° (图8)的测量和在Mueller偏振测 量(图9)中取命-30。和(l)-60。的平均测量相比较的与^A和L相关的 参数？。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，而不存在伶阿多值性的可能性，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^A隔断的宽度L，隔断的总高度H和覆盖D。栅格 的周期为A.使用由Wddner等提出的模型(Proc SPIE， 5375 (2004))。珪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A-145nm的栅格。获得的栅格更精确地由两相同尺寸L = 58nm (即，A/4)、相同高度0.5H = 50nm并JL^现出覆盖D = 14.5nm(即， L/4)的栅格构成。图13上的基于Wddner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。对于方位角小从0°至卯。变化，基于波数的元素M34*表示49显示， 无论角度小如何变化，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和向左偏移获卩彈的曲线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(|> = 0°之外 的向右或向左的偏移之间进行明显的区分，而对于小=90。具有最大灵翁: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。
权利要求
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，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。
2. 根据权利要求i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测量值的每一个均用完全的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 数据和所述测量值通过对所述完全的Mueller矩阵的特征值的线性組合获 得。
4. 根据权利要求1至3中任一项的偏振测量方法，其特征在于，相对 于图形的重复方向，方位角(Jh和如在30。和卯。之间，有利的是在30。和60。 之间。
5. 根据权利要求1至4中任一项的偏振测量方法，其特征在于，相对 于波长获得偏振测量值，以获得光镨测量值。
6. 根据权利要求5的偏振测量方法，其特征在于，波长的光谦范围在 近紫外范围。
7. 根据权利要求5的偏振测量方法，其特征在于，波长的光谦范围在 可见光范围。
8. 祁^据权利要求1至7中任一项的偏振测量方法，其特征在于，所述 反复比较是最小二乘类型的方法。
9. 根据权利要求1至8中任一项的偏振测量方法，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 类型的方法。
10. —种用于执行根据权利要求1至9中任一项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 一个方位角(jh的方位取向不同于另 一个方位角(|>2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。
11. 一种用于执行根据权利要求1至9中任一项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i^t 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，
12. 根据权利要求ll的用于执行偏振测量方法的设备，其特征在于， 其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(21)的衍射极限的5和100倍之间的范围的弱的空间相干性。
13. 根据权利要求12的用于执行偏振测量方法的设备，其特征在于， 所述光源(21)是经过滤光的常规光源。
14. 根据权利要求12的用于执行偏振测量方法的设备，其特征在于， 所述光源(21)包括不同波长的一个或多个激光器。
15. 根据权利要求11至14中任一项的用于执行偏振测量方法的设备, 其特征在于，其包括能够将所述光通量分别分为激励和测量通量的半透明 片(26)。
16. 根据权利要求11至15中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 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。
17. 根据权利要求11至16中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 其特征在于，所述光学激励装置包括4^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iW 象(29)上的激励光通量，
18. 根据权利要求11至17中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 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。
19. 根据权利要求11至18中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 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。
20. 根据权利要求10至19中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 其特征在于，所述PSG (25)和所述PSA (30)包括用于对所述AJH"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.
21. 根据权利要求10至20中任一项的用于执行偏振测量方法的设备， 其特征在于，其包括用于进行与波长相关的偏振测量以便获得光谦测量值 的装置。
22. 根据权利要求21的用于执行偏振测量方法的设备，其特征在于， 所述波长的光语范围在近紫外范围内。
23. 根据权利要求21的用于执行偏振测量方法的设备，其特征在于， 所述波长的光i昝范围在可见光范围内。
全文摘要
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。
文档编号G01N21/21GK101107495SQ200580047167
公开日2008年1月16日 申请日期2005年12月22日 优先权日2004年12月24日
发明者A·德马蒂诺, B·德雷维翁 申请人:综合工科学校;科学研究国家中心