專利名稱：用于校準位置測量設備的方法和校準掩模的制作方法
技術領域：
本發明涉及對用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備(下文也稱為位置測量設備)進行校準的方法、用于校準此類型的設備的校準掩模、以及包括此類型的校準掩模的校準掩模組。此外，本發明還涉及包括用于位置測量的設備與此類型的校準掩模的布置、此類型的校準掩模的用途、以及測量微光刻掩模的方法。
背景技術：
對光刻掩模上的測量結構(例如對準標志)的高精度位置測量屬于掩模度量學的中心任務。其也稱為光掩模圖案布置(PPPM photomask pattern placement)。通過測量結構的測量，以高精度產生了對掩模的實質測量。這是在使用電子束寫入器的掩模寫入處理中使掩模上的結構完全達到定位精度的核心先決條件。此外，現有掩模組的測量結構的測量可以驗證用于各個獨立(individual)光刻層的不同掩模的結構位置相對于彼此的偏差合格。掩模與掩模間的結構位置的偏差也稱為“覆蓋(overlay)”。在上述意義中，掩模通常也稱為掩模母版。當掩模結構的尺寸隨著技術節點的進展而減小時，對掩模結構的位置測量的要求也不斷提高。此外，由于諸如雙圖案化(double patterning)的技術，顯著增加了掩模對掩模的覆蓋的要求以及結構定位的要求。因為掩模組的各個獨立掩模越來越多地由不同的掩模制造公司(通常遍布全世界)生產，并由不同的位置測量設備(也稱為“配準設備 (registration apparatus) ”)測量，所以各個獨立位置測量設備相對于彼此的配合越來越重要。光刻掩模上的位置確定傳統上僅基于干涉長度測量。為此目的，通過顯微圖像檢測掩模的對準標志的位置。通過定位臺，連續地將掩模的各個獨立對準標志移動到像場的中心，并通過邊緣閾值或通過相關(correlation)方法確定各個對準標志的位置。因而，通過確定定位臺在測量之間所覆蓋的距離，來確定與前次測量的對準標志相距的距離。定位臺所覆蓋的距離通過干涉長度測量來確定。位置測量設備的校準傳統上通過自一致性(self-consistency)測試來進行。在此情況下，在不同的插入位置和旋轉位置測量校準掩模。根據準冗余(quasi-redundant) 測量數據記錄，可將校準掩模上的對準標志的位置誤差與位置測量設備的固有誤差分開。 位置測量設備的固有誤差繼而被用于校準位置測量設備。位置測量設備的誤差的典型來源是干涉儀誤差以及干涉儀反射鏡的傾斜與不平等。雖然通過上述校準方法可以考慮這樣的誤差，但這樣的方法仍受制于位置測量設備本身的測量。特別地，這將導致以下所述的問題。基于上述的各個校準方法無法辨識方法所固有的某些特定類型的誤差。因此，不能通過簡單的校準測量來檢測和分開特定種類的誤差。這樣的誤差的來源的示例為不同的插入位置導致的其空間頻率大于校準光柵的反射鏡不平度、掩模的不正確位置、像場旋轉、掩模不平等等。
傳統通過提高測量的冗余來對抗此問題。然而，這樣顯著增加了測量開銷。用于校準的測量開銷因而隨著精度要求和校準質量而提高。通過將相同類型的各個獨立位置測量設備彼此匹配，可以記錄各個獨立機器的故障。然而，并未識別出方法固有以及機器類型固有的系統誤差。

發明內容
發明目的本發明的目的在于解決上述問題，具體地，在于提供一種校準方法和校準掩模，其可被用來以提高的精度校準用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備。根據本發明的技術方案本發明提供一種校準用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備的方法。根據本發明的校準方法包括以下步驟通過利用干涉測量確定衍射結構相對于彼此的位置，從而驗證包括布置在其上的衍射結構的校準掩模合格；利用所述設備確定布置在所述校準掩模上的測量結構相對于彼此的位置；以及通過針對所述測量結構所確定的位置以及針對所述衍射結構所確定的位置，校準所述設備。本申請的含義內的校準掩模不必僅用于設備的校準。如下面更詳細說明的，根據一個實施例，具有相應衍射結構的產品掩模或有用掩模也可用作為校準掩模。根據另一實施例，校準掩模僅用于校準設備，而不包括要被成像到晶片上的產品結構。在本申請的含義中，專用對準標志或要被成像到晶片上的其它有用結構或產品結構可作為測量結構。在一個實施例中，可以將測量結構作為所謂的“芯片中結構(in-die structure) ”而包含在光刻掩模上。本發明還提供一種校準掩模，用于校準用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備。根據本發明的校準掩模包括衍射結構，針對所述衍射結構的干涉位置測量，構造所述衍射結構。具體地，將校準掩模的衍射結構構造為能夠利用波前檢測實現衍射結構的位置的測量。此外，本發明提供了一種布置，其包括用于光刻掩模的測量結構的位置測量的設備以及此類型的校準掩模。本發明還建議一種校準掩模的用途，其中，所述校準掩模包括布置在其上的衍射結構，用于校準用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備。針對所述衍射結構的干涉位置測量，構造所述衍射結構。換言之，本發明提供了一種校準所謂“配準設備”的校準方法。此類型的“配準設備”用于微光刻掩模(即在用于微光刻的投射曝光設備中要被成像到半導體晶片上的掩模)上的測量結構的位置測量。根據本發明的校準方法的第一步驟涉及提供具有布置在其上的衍射結構的校準掩模。衍射結構被構造成使得可通過所述衍射結構的干涉測量來確定衍射結構的位置。衍射結構之間的距離可以非常小，或甚至為零，從而使各個獨立衍射結構彼此合并。在對衍射結構相對于彼此的位置進行這種干涉確定之后，通過位置測量設備確定布置在校準掩模上的測量結構的位置。在校準掩模上，除衍射結構外，還可以布置測量結構。作為替代，衍射結構本身也可用作測量結構。通過干涉測量所產生的位置數據記錄以及通過位置測量設備所確定的位置數據記錄于是被用于校準位置測量設備。
因此，特別地，根據本發明的衍射結構的干涉位置確定可以歸于通過波前測量對校準掩模上的區域(areal)位置測量。通過這樣的波前測量，可以使得衍射結構的位置測量精度好于2nm、尤其是好于lnm、0. 5nm、或0. lnm。因此，根據本發明的方法提供了具有高絕對精度的參考方法。此外，與傳統校準方法所采用的、通過圖像檢測和干涉長度測量進行的測量結構的測量相比，本方法基于完全不同的測量原理。使用這種不同測量方法能分開誤差，從而可以提高位置測量設備的校準的絕對精度。在根據本發明的校準方法的一個實施例中，當驗證校準掩模合格時，將干涉儀的測量波輻照到校準掩模上，使得在衍射結構處以利特羅反射(Littrow reflection)反射它，并且將反射波與參考波疊加，用于產生干涉圖案。可以將測量波構造為平面波。在利特羅反射的情況中，相對于測量波定向衍射結構，使得衍射結構處反射的波以特定衍射級返回到入射測量波的光束路徑中。根據本發明的另一實施例，將校準掩模相繼地布置在相對于測量波的兩個不同定向上，其中在所述兩個定向中，在所述衍射結構處分別在利特羅反射中以不同的衍射級反射所述測量波。具體地，相繼地定向校準掩模，使得分別在利特羅反射中以正和負衍射級反射測量波，在每個情況中，不同衍射級的絕對值相同。在一個實施例中，相繼地傾斜校準掩模，使得以第一正(+1st)衍射級與第一負(-1st)衍射級對測量波進行利特羅反射。通過形成不同定向中的干涉測量之間的差別來確定衍射結構的位置。根據一個變型，因此將校準掩模相對于其表面法線旋轉90°，并針對兩個傾斜位置重復測量。根據兩個旋轉位置的測量，可以確定衍射結構在兩個正交坐標方向上的位置。在根據本發明的再一實施例中，提供另一校準掩模，它的衍射結構與所述第一校準掩模的衍射結構在結構類型上不同。通過干涉測量確定所述另一校準掩模的衍射結構的位置。根據為所述兩個校準掩模的衍射結構所確定的位置，以依賴于結構類型的方式，確定系統誤差；并通過在計算中排除由所述第一校準掩模的衍射結構的結構類型所導致的系統誤差，來校正所述第一校準掩模的測量位置。在所述設備的校準期間，使用所述第一校準掩模的衍射結構的經校正的位置。這使得可以進一步提高校準精度。在根據本發明的一個實施例中，第一校準掩模的衍射結構在結構類型上不同于另一校準掩模的衍射結構，即它們在幾何形狀和/或尺寸上不同。在根據本發明的另一實施例中，結構差異由以下事實產生通過第一產生方法產生所述第一校準掩模上的衍射結構， 以及通過與所述第一產生方法不同的第二產生方法產生所述另一校準掩模上的衍射結構。 因此，例如，在一個產生方法中可以利用電子束寫入產生衍射結構，而在另一產生方法中可以利用全息曝光產生衍射結構。根據本發明另一實施例，通過衍射結構形成測量結構。這確保恰好在與驗證校準掩模合格期間的干涉位置測量相同的坐標點處，進行利用位置測量設備對校準掩模的位置測量，因此位置測量數據可精確地彼此協調。這提高了校準精度。在根據本發明的校準掩模的一個實施例中，衍射結構被構造來用于使所述衍射結構相對于彼此的位置的干涉測量達到小于2nm的精度，即具有好于2nm的精度，尤其是好于 Inm0在該上下文中，精度可定義為3 σ，即位置標準差的三倍。根據校準掩模上所有測量點的測量位置與相應期望位置之間的差來計算標準差。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構總共覆蓋超過50%的可用掩模區域，尤其是超過70%。在根據本發明的一個實施例中，衍射結構總共覆蓋超過設計為6英寸掩模的校準掩模的160cm2的面積。在根據本發明的另一實施例中，校準掩模具有至少1000個衍射結構，尤其是至少 2000個。因此，可以測量校準掩模上至少1000個測量點的位置，由此可以以相應的高分辨率對掩模進行實質測量。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構被分別構造為衍射光柵。在一個變型中，各個獨立的衍射光柵的光柵元件相對于相鄰光柵元件的距離小于1. 5 μ m，尤其是小于 1 μ m。如果衍射結構被構造為例如二維光柵，則各個獨立的光柵元件由相應光柵線形成。應該將相鄰光柵元件理解為具有相同定向且直接相鄰的光柵線。在衍射結構被構造為棋盤式光柵的情況中，光柵元件是特定類型的棋盤式光柵的方形。從而相鄰光柵間的距離表示在棋盤式圖案的垂直或水平方向上、此類型的兩個方形之間的距離。在根據本發明的另一實施例中，將各個獨立衍射光柵的光柵元件相對于彼此設置為小于3μπκ尤其是少于2μπι的周期距離。周期距離也可稱為“間距(pitch)”。在根據本發明的另一實施例中，每個衍射光柵具有至少100個光柵元件，尤其是至少200個或至少1000個光柵元件。優選地，這對于校準掩模的每個維度、即對于在掩模表面上的兩個空間方向中的每個而言，是正確的。如此多的光柵元件可以實現衍射結構的高精度位置測量。在根據本發明的另一實施例中，這些衍射結構在至少一個空間方向上各自具有超過200 μ m的范圍，尤其是超過Imm的范圍。優選地，衍射結構在掩模表面上的兩個空間方向上都具有超過200 μ m的范圍。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構被構造為用于在利特羅反射中反射入射角大于1°、尤其是大于10°或大于45°的可見光。作為替代，衍射結構可以被構造為用于在利特羅反射中反射所述入射角的UV光。在根據本發明的另一實施例中，如上面已經所提及的，衍射結構可以各自具有棋盤式光柵。根據一個變型，所述光柵在掩模表面的每個空間方向上具有至少100個、尤其是至少1000個具有反射型方形區域的形狀的光柵元件。此外，衍射結構可以分別包括不同定向的多個一維線光柵。這樣的結構也稱為“拼接結構(parquet structures)”。在一個實施例中，這些拼接結構具有四個四分區 (quadrants)，其中在第一和第三個四分區中，將一維線光柵分別布置在相同的定向上，而第二和第四個四分區分別具有相對于第一和第三個四分區的布置成正交定向的一維線光柵。線光柵的線長優選為至少100 μ m，尤其是至少500 μ m。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構包括環形光柵，其具有多個同心圓和/ 或相對于中心點的徑向線。在一個變型中，環形光柵在校準掩模的整個可用區域上延伸。在此情況中，衍射結構形成單個環形光柵。同心圓優選不等距。根據一個變型，相鄰同心圓之間的距離隨著距環形光柵中心的徑向距離的增加而線性增加。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構被構造為用于衍射可見光和/或更高頻率波長范圍的光。因此，將衍射結構構造為用于在與可見光和或更高頻率波長范圍(尤其是633nm、248nm、或193nm)的光相互作用時產生衍射效應。如上面已經提及的，在根據本發明的一個實施例中，除了衍射結構，校準掩模還具有要被光刻地成像到晶片上的產品結構。在此其情況中，校準掩模被實施為所謂的產品掩模或有用掩模。在根據本發明的另一實施例中，衍射結構分別是計算機產生的全息圖(CGH)。初始通過要由CGH產生的干涉現象的計算機模擬確定這種CGH的結構。在此情況中，優化CGH 結構，使得可以特別簡單而又高精性地進行干涉位置確定。隨后通過光刻方法(例如通過電子束寫入)在校準掩模上產生CGH。此外，本發明提供一種校準掩模組，其包括多個上述的校準掩模，其中不同校準掩模的衍射結構在結構類型上不同。這使得可以將衍射結構的制造誤差與干涉測量設備的誤差分開，并因此在計算中從測量結果中排除衍射結構的制造誤差。如上面關于根據本發明的方法所說明的，根據第一變型，不同結構類型在幾何形狀和/或尺寸上不同。根據另一變型，不同結構類型在產生衍射結構的方法上不同。本發明還提供一種用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備，其被構造來用于以小于lnm、尤其是小于0. 5nm或小于0. Inm的精度，測量任何測量結構相對于任何另一測量結構的位置。可以通過根據本發明的校準方法的校準來構造這樣的精確測量設備。 換言之，通過利用根據本發明的干涉位置測量而驗證合格的校準掩模對位置測量設備的校準，可以提供具有上述精度的位置測量設備。如上面已經定義的，精度可被定義為3 ο，即測量位置標準差的三倍。關于根據本發明的校準方法的上述實施例所指定的特征可以被相應地應用到根據本發明的校準掩模或根據本發明的用途中。相對地，關于根據本發明的校準掩模的上述實施例所指定的特征也可以相應地應用到根據本發明的校準方法或根據本發明的用途中。本發明還提供一種測量用于微光刻的掩模的方法。此方法包括以下步驟提供在其上布置有衍射結構的掩模；以及通過干涉測量確定衍射結構相對于彼此的位置。此測量方法能夠實現布置在掩模上的結構的高精度位置測量。所測量的用于微光刻的掩模的一個示例是上述校準掩模。具體地，也可測量具有要被成像到晶片上的產品結構的產品掩模。在根據本發明的測量方法的一個實施例中，將干涉儀的測量波輻照到掩模上，使得在衍射結構處以利特羅反射反射測量波，并且將反射波與參考波疊加，用于產生干涉圖案。根據一個變型，相繼地將校準掩模布置在相對于測量波的兩個不同定向上，在所述兩個定向上，在衍射結構處分別在利特羅反射中以不同的衍射級反射測量波。根據關于本發明的校準方法所陳述的實施例和變型，測量方法的其它有利實施例是顯而易見的。


在以下參照附圖對根據本發明的示例實施例的詳細描述中說明了本發明的上述及其它有利特征，其中圖1示出了用于光刻掩模上的測量結構的位置測量的設備的示意圖；圖2示出了具有測量結構的這種光刻掩模的平面圖；圖3示出了根據本發明的具有多個衍射結構的校準掩模的平面圖；圖4示出了本發明的根據圖3的衍射結構的第一實施例的基本圖；圖5示出了本發明的根據圖3的衍射結構的第二實施例的基本圖；圖6示出了本發明的根據圖3的衍射結構的第三實施例的基本圖7示出了本發明的用于根據圖3的校準掩模的測量的干涉儀的截面圖；以及圖8示出了在利用圖7的干涉儀的測量期間、根據本發明的校準掩模的不同傾斜位置的圖。
具體實施例方式在下述示例實施例中，結構或功能上類似的元件盡可能提供相同或類似的附圖標記。因此，為了理解一個具體示例實施例的各個獨立元件的特征，應參考其它示例實施例的說明或本發明的一般說明。圖1顯示了用于光刻掩模12上的測量結構的位置測量的設備10。圖2顯示了具有示例測量結構14的光刻掩模12的平面圖，其中測量結構14具有實施為十字結構的對準標志形狀。在根據圖2的圖示中，為了清楚的目的，相對于光刻掩模12以極度放大的方式顯示了測量結構14。為了輔助說明，圖中使用笛卡兒xyz坐標系統，所述系統顯示附圖中所示的組件的各個位置關系。在圖1中，χ方向朝右，y方向垂直于圖面平面并向內，ζ方向朝上。替代地，要成像到晶片上的有用結構或產品結構也可作為測量結構14。因此，例如，也可將測量結構14作為所謂的“芯片中結構”包含在光刻掩模12上。位置測量設備10通常也稱為“配準設備”或“布置度量設備(placement metrology apparatus”，其包括定位臺形狀的掩模支撐體16，其可根據圖1所示的坐標系統在x_y平面位移。此外，位置測量設備包括長度干涉儀形狀的距離測量模塊18，用于確定掩模支撐體16在其位置改變期間的行進。位置測量設備10還包括記錄裝置20，這里示意地顯示了記錄裝置20的測量物鏡 22和二維檢測器對。此外，記錄裝置20包括光束分隔器沈和照明源觀，從而可以利用反射光照明來記錄插入到掩模支撐體16中的光刻掩模12上的測量結構14。照明源觀所發射的光波長可以在可見光范圍中，例如約633nm，或者在UV范圍中，例如365nm、248nm、或 193nm。除所示的反射光照明外，也可以透射光模式操作位置測量設備10，其中來自照明源 28的光輻照穿過光刻掩模12。在位置測量設備10的操作期間，通過掩模支撐體16在x-y平面上的相應位移，將各個獨立的測量結構14連續地移動到記錄裝置20的像場中心。因此，通過評估模塊30評估由檢測器M記錄的像，來確定各個測量結構14的位置。這通過確定各個測量結構14的像中的邊緣閾值或者通過相關方法來完成。通過距離測量模塊18的長度干涉儀所檢測的掩模支撐體16的行進，檢測距之前分別測量的測量結構14的距離。根據此信息，可以高確度測量光刻掩模12上的測量結構14相對于彼此的距離。為了進一步提高設備10的位置測量精確度，根據本發明，首先通過根據本發明方法驗證圖3所示的校準掩模40合格，并從而將所述校準掩模40用于校準位置測量裝10。 具體地，此校準用于消除距離測量模塊18的干涉儀誤差，諸如余弦誤差，由于與長度相關的光束形狀分布、以及干涉儀反射鏡的傾斜和不平所產生的誤差。根據本發明的校準掩模40包括多個衍射結構42，其針對衍射結構42的干涉位置測量而構造，如下面更詳述說明的。衍射結構42在校準掩模40的整個可用區域上分布為密集光柵，如圖3示意性地示出的。在6英寸掩模的情況下，在一個變型中，布置有超過1000 個、優選超過2000個此類型的衍射結構42。在此情況下，所有衍射結構42 —起覆蓋超過160cm2的面積。合適的校準掩模40包括所有傳統掩模類型，尤其是具有光阻結構的掩模、 COG掩模、MoSi掩模、以及具有石英結構的掩模。在校準掩模40的一個實施例中，分別相鄰的衍射結構42之間的距離小于1mm。這有利于干涉測量的評估。衍射結構42之間的距離甚至可變為零，其中各個獨立的衍射結構彼此合并，從而包含各個獨立衍射結構的衍射整體結構有效地覆蓋了校準掩模40的主要區域或甚至整個可用掩模表面。圖3中所示的校準掩模40僅用于校準設備10。然而，作為替代，校準掩模40也可被實施為除了衍射結構42外還具有所謂產品結構的產品掩模或有用掩模。通過用于微光刻的投射曝光設備將這樣的產品結構成像到晶片上。在此情況下，具體地，衍射結構42 — 起有利地覆蓋了比上面指示的區域小的區域。在此情況中，校準掩模40也僅用于校準，在一個實施例中，衍射結構42所覆蓋的面積可比上面指示的區域小。圖4顯示了根據圖3的衍射結構42的第一實施例，其形狀為所謂的拼接結構42a。 拼接結構4 具有四個四分區，每個四分區具有反射型的一維線光柵44。在此情況中，兩個對角相對的四分區的線光柵44水平定向，而其余兩個四分區的線光柵44垂直定向。圖4 以代表方式顯示了拼接結構4 。在根據本發明的一個優選實施例中，線光柵44包括比圖 4所示多得多的線形狀的結構元件46a，即，優選每個線光柵44具有100至200條線。所述線的長度大于100 μ m。拼接結構42a因此在χ方向和y方向上都延伸超過200 μ m,典型超過1000 μ m。各個獨立線46a之間的距離d小于1. 5 μ m，尤其是約為1 μ m。周期距離(也稱為間距P)小于3 μ m，尤其是小于2 μ m。因此針對可見光的衍射，設計拼接結構42a，其中，可在大于1°的入射角處產生具有第一衍射級的利特羅反射。利特羅反射意指利用在衍射結構的反射衍射的入射波的特定衍射級返回到入射波的光束路徑中，如下面所詳述的。圖5顯示了根據圖3的衍射結構40的另一實施例，其具有棋盤式光柵42b的形狀。 在根據本發明的該實施例中，棋盤式光柵42b優選同樣包含大量具有反射型方形區46b的形狀的結構元件。在根據本發明的一個實施例中，每個衍射結構在χ方向和y方向上的方形區46b的數量至少是100個，尤其是至少1000個，因此，顯著地大于圖5中以代表方式所示出的。各個獨立方形區之間的距離d(類似于圖4的距離d)在水平方向和垂直方向上都優選小于1. 5 μ m，尤其是小于1 μ m。棋盤式光柵42b優選在χ方向和y方向上都具有Imm 的最小范圍。圖6顯示了作為衍射結構42的構造的另一可能性的環形光柵42c。與圖3所示的不同，環形光柵42c在校準掩模40的整個掩模區上延伸。因此，根據圖3的各個獨立衍射結構42彼此合并，而由環形光柵42c形成。環形光柵42c包括反射型同心圓46c以及相對于環形光柵42c中心點的反射型徑向線48c的形狀的結構元件。根據所需的位置信息， 環形光柵42c也可以僅包括同心圓46c或徑向線48c。同心圓46c之間的距離d不一定等距；根據一個變型，所述距離從環形光柵的中心隨著徑向距離的增加而線性或二次方地遞減。各個獨立同心圓46c之間的距離d介于1和IOOym之間。根據本發明的一個實施例，通過以多個平面波、球面波、或其它任意但規定的波的干涉或全息曝光，產生依據圖4至圖6的衍射結構。因此可以避免發生高階像差。作為替代，也可以通過電子束寫入器將衍射結構產生在校準掩模40上。衍射結構42也可以具有比圖4至圖6更復雜的形式。具體地，可以將衍射結構42構造為成計算機產生的全息圖(CGH)。圖7顯示了用于驗證校準掩模40合格的干涉儀50。干涉儀50包括光源52、分束器58、以及干涉儀相機72。光源52產生照明輻射M。照明輻射M具有足以執行干涉測量的相干光。照明輻射討可以由例如氦氖激光器產生，并因此具有約633nm的波長。然而， 作為替代，也可以提供所有其它波長范圍的照明輻射M，尤其是UV波長范圍，例如365nm、 248nm、或193nm。照明輻射M由光源52所產生，具有基本平面的波前，沿干涉儀50的光軸 56傳播，并穿過分束器58。照明輻射M因此照射到具有菲左(Fizeau)表面62的菲左元件60上。照明輻射 54的一部分在菲左表面62上反射作為參考波64。照明輻射M穿過菲左元件60的部分進一步沿著光軸56傳播作為具有平面波前68的入射測量波66，并照射到校準掩模40的表面上。校準掩模40被相繼地布置在相對于光軸56的兩個不同傾斜位置上。圖8顯示了這兩個傾斜位置，其中，圖上部所示的傾斜位置對應于依據圖7的校準掩模40的傾斜位置。在此傾斜位置中，校準掩模40的表面法線與光軸56之間的傾斜角α 被設定為使得在校準掩模40的衍射結構42處以正第一衍射級，利特羅反射入射測量波66。 換言之，在衍射結構42處反射的測量波的第一衍射級作為反射波70返回到入射測量波66 的光束路徑中。通過分束器58將反射波70引導到干涉儀相機72上。由所述相機通過物鏡系統74將反射波70成像到相機芯片78的檢測表面76上。由于與參考波64的疊加，檢測表面76上產生干涉圖案，由評估模塊80儲存所述干涉圖案。根據干涉圖案，可以確定反射波70的波前與參考波64的波前的偏差，并因此可以測量反射波的波前。如上面已經提及的，隨后將校準掩模40設成圖8的下部所示的傾斜位置，在此傾斜位置中，在衍射結構42處以負第一衍射級，利特羅反射測量波66。通過以負第一衍射級反射的波70與參考波64的疊加而產生在相機芯片78的檢測表面76上的干涉圖案，同樣由評估模塊80讀入。評估模塊80通過形成兩個干涉圖之間的差異來評估校準掩模40的兩個傾斜位置中產生的干涉圖。這產生校準掩模40上的各個獨立衍射結構42相對于彼此的χ坐標。特別地，所確定的坐標是衍射結構40的各個質心(centroids)的坐標，所述質心被關于衍射結構40的各個獨立結構元件的衍射效應加權。對于對稱的衍射結構，該加權的質心與幾何結構的幾何形心一致。如果將這些坐標與衍射結構42相對于彼此的預定期望距離比較，則可以確定衍射結構42的χ坐標的位置誤差。隨后將校準掩模40相對于其表面法線旋轉90 °，并對圖8中的兩個傾斜位置重復測量。評估模塊80根據所得的干涉圖計算校準掩模40上的衍射結構42的位置的y分量。 接著計算衍射結構42的位置誤差的相應y分量。根據本發明的衍射結構42的干涉位置測量能夠獲得比傳統的通過圖像檢測的測量結構的位置測量更高的精度。該更高精度的原因在于在干涉測量期間分別進行了各個獨立結構元件46a、46b、和46c的位置平均。在衍射結構42對于所有結構元件具有固定位置誤差的情況中，對于衍射結構42的干涉確定的位置出現偏移，相應地可在位置測量設備10 的后續校準中考慮該偏移。為此目的，衍射結構42的各個獨立結構元件的位置誤差相對于所需的測量精度而言必須夠小。如果不是這樣的情況，作為替代，可以在多個結構元件上使用上述的加權質心，也稱為組合值(ensemble value)。根據本發明，上述干涉位置測量方法
12的應用不限于校準掩模。因此，也可以對產品掩模提供衍射結構42，并通過干涉位置測量方法來測量產品掩模。通過上述驗證校準掩模40合格，可以高精度地確定校準掩模40上布置的衍射結構42的一組位置誤差。以此方式驗證合格的校準掩模40隨后被插入到位置測量設備10中取代圖1所示的光刻掩模12，并通過位置測量設備10相應地測量校準掩模40。在此情況中，測量了布置在校準掩模40上的測量結構相對于彼此的位置。根據圖2，在校準掩模40 上除了衍射結構42還可以布置測量結構，例如十字形式的測量結構。然而，作為替代，衍射結構42本身也可用作測量結構。在此情況中，衍射結構42的干涉測量的位置誤差與由位置測量設備所測量的位置誤差有11的對應關系。然后，基于干涉測量的誤差組以及位置由測量設備本身所確定的位置來校準位置測量設備10。在此情況中，比較通過位置測量設備10進行的位置測量與在校準掩模40上通過高精度的干涉測量所確定的位置的偏差，并且確定相應的校準數據記錄，其用于校正后續在光刻掩模測量期間確定的數據記錄。根據本發明的另一實施例，在位置測量設備10的校準期間，不僅使用單個校準掩模40而是使用這種校準掩模40的整個校準掩模組。各個獨立的校準掩模40在衍射結構 42的結構類型上不同。結構類型上的差別可以涉及幾何形狀、尺寸、或產生衍射結構42的方法。因此，第一校準掩模40的衍射結構42可實施為例如根據圖4的拼接結構42a，而在第二校準掩模40上衍射結構42被實施為圖5所示的棋盤式光柵形狀。第三校準掩模可配備有例如圖6的環形光柵42c。其它校準掩模可以包含具有已經在另一校準掩模上使用的幾何形狀但具有不同尺度的衍射結構42。此外，校準掩模在產生衍射結構的產生方法上可以不同。因此，在第一校準掩模上，例如可以通過電子束寫入產生衍射結構，而在另一個校準掩模上，可以通過利用多個平面波的干涉/全息曝光來實現衍射結構的制造。如果接著通過上述干涉方法來驗證不同校準掩模40的各個獨立衍射結構的位置誤差合格，則可以將衍射結構42的典型制造誤差與測量設備10的誤差分開。附圖標記列表
10位置測量設備
12光刻掩模
14測量結構
16掩模支撐體
18距離測量模塊
20記錄裝置
22測量物鏡
24檢測器
26分束器
觀照明源
30評估模塊
40校準掩模
42衍射結構
4 拼接結構
42b棋盤式光柵
42c環形光柵
44 一維線光柵
46a線
46b方形區
46c圓
48c徑向線
50干涉儀
52光源
討照明輻射
56光軸
58分束器
60菲左元件
62菲左表面
64參考波
66入射測量波
68平面波前
70反射波
72干涉儀相機
74物鏡系統
76檢測表面
78相機芯片
80評估模塊
權利要求
1.一種校準掩模(40)，用于校準用于光刻掩模(12)上的測量結構(14)的位置測量的設備，其中，所述校準掩模GO)包括衍射結構(42)，針對所述衍射結構02)的干涉位置測量，構造所述衍射結構G2)。
2.如權利要求1所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)被構造來用于使所述衍射結構G2)相對于彼此的位置的干涉測量達到小于2nm的精度。
3.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)總共覆蓋超過50%的可用掩模區。
4.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其具有至少1000個所述衍射結構 02)。
5.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)分別被構造為衍射光柵(42a、42b、42c)。
6.如權利要求5所述的校準掩模，其中，各個獨立衍射光柵(42a、42b、42c)的光柵元件 (46a、46b、46c、48c)相對于相鄰光柵元件的距離小于1. 5μπι。
7.如權利要求5或6所述的校準掩模，其中，各個獨立衍射光柵(42a、42b、42c)的光柵元件(46a、46b、46c、48c)被布置為相對于彼此具有小于3 μ m的周期距離。
8.如權利要求5至7中的任一項所述的校準掩模，其中，每個衍射光柵(42a、42b、42c) 具有至少100個光柵元件(46a、46b、46c、48c)。
9.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)各自在至少一個空間方向上具有超過200 μ m的范圍。
10.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)被構造為用于在利特羅反射中反射入射角大于1°的可見光。
11.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)各自具有棋盤式光柵(42b)。
12.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)各自包括多個不同定向的一維線光柵G4)。
13.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)包括環形光柵G2c)，其具有多個同心圓(46c)和/或相對于中心點的多個徑向線G8c)。
14.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其中，所述衍射結構G2)被構造為用于衍射可見光和/或更高頻率波長范圍中的光。
15.如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模，其除了所述些衍射結構G2)之外還具有要被光刻地成像到晶片上的產品結構。
16.一種校準掩模組，包括多個如前述權利要求中的任一項所述的校準掩模(40)，其中，不同校準掩模GO)的衍射結構G2)在結構類型上不同。
17.如權利要求16所述的校準掩模組，其中，不同的結構類型在幾何形狀和/或尺寸上不同。
18.如權利要求16或17所述的校準掩模組，其中，所述不同的結構類型在產生所述衍射結構G2)的方法上不同。
19.如權利要求18所述的校準掩模組，其中第一結構類型的衍射結構02)由電子束寫入產生，第二結構類型的衍射結構G2)由全息曝光產生。
20.一種包括用于光刻掩模(12)上的測量結構(14)的位置測量的設備(10)以及如權利要求1至15中的任一項所述的校準掩模GO)的布置。
21.—種校準掩模00)的用途，其中，所述校準掩模GO)包括布置在其上的衍射結構 (42)，用于校準用于光刻掩模(12)上的測量結構(14)的位置測量的設備(10)；其中，針對所述衍射結構G2)的干涉位置測量構造所述衍射結構G2)。
22.如權利要求21所述的校準掩模GO)的用途，其中，根據權利要求1至15中的任一項構造所述校準掩模GO)。
23.一種校準用于光刻掩模(12)上的測量結構(14)的位置測量的設備(10)的方法， 包括以下步驟-通過利用干涉測量確定衍射結構0 相對于彼此的位置，從而驗證包括布置在其上的衍射結構G2)的校準掩模00)合格；-利用所述設備，確定布置在所述校準掩模G0)上的測量結構(14)相對于彼此的位置；以及-通過針對所述測量結構(14)所確定的位置以及針對所述衍射結構G2)所確定的位置，校準所述設備(10)。
24.如權利要求23所述的方法，其中，當驗證所述校準掩模00)合格時，將干涉儀 (50)的測量波(66)輻照到所述校準掩模G0)上，從而在所述些衍射結構G2)處以利特羅反射反射所述測量波，并且將反射波(70)與參考波(64)疊加，用于產生干涉圖案。
25.如權利要求M所述的方法，其中，將所述校準掩模G0)相繼地布置在相對于所述測量波(66)的兩個不同定向上，在所述兩個定向中，在所述衍射結構0 處分別在利特羅反射中以不同的衍射級反射所述測量波(66)。
26.如權利要求23至25中的任一項所述的方法，其中，提供另一校準掩模，其具有與所述第一校準掩模G0)的衍射結構G2)在結構類型上不同的衍射結構G2)；通過干涉測量確定所述另一校準掩模的衍射結構G2)的位置；根據為所述兩個校準掩模的衍射結構 (42)所確定的位置，以依賴于結構類型的方式，確定系統誤差；通過在計算中排除由所述第一校準掩模G0)的衍射結構G2)的結構類型所導致的系統誤差，來校正所述第一校準掩模G0)的測量位置；以及在所述設備(10)的校準期間，使用所述第一校準掩模G0)的衍射結構G2)的經校正的位置。
27.如權利要求沈所述的方法，其中，所述第一校準掩模G0)的衍射結構G2)在幾何形狀和/或尺寸上與所述另一校準掩模G0)的衍射結構G2)不同。
28.如權利要求沈或27所述的方法，其中，通過第一產生方法產生所述第一校準掩模 (40)上的衍射結構(42)，并且通過與所述第一產生方法不同的第二產生方法產生所述另一校準掩模G0)上的衍射結構02)。
29.如權利要求觀所述的方法，其中，在一個產生方法中，通過電子束寫入法產生衍射結構(42)，并且在另一個產生方法中，通過全息曝光法產生衍射結構02)。
30.如權利要求23至四中的任一項所述的方法，其中，由所述衍射結構02)形成所述測量結構(14)。
31.如權利要求23至30中的任一項所述的方法，其中，根據權利要求1至15中的任一項，構造所述校準掩模G0)。
32.—種測量用于微光刻的掩模GO)的方法，包括以下步驟-提供所述掩模(40)，所述掩模00)具有布置在其上的衍射結構0 ；以及 -通過干涉測量，確定所述衍射結構G2)相對于彼此的位置。
33.如權利要求32所述的方法，其中，將干涉儀的測量波(66)輻照到所述掩模GO) 上，使得在所述衍射結構G2)處以利特羅反射反射所述測量波，并且將反射波(70)與參考波(64)疊加，用于產生干涉圖案。
全文摘要
一種校準用于光刻掩模(12)上的測量結構(14)的位置測量的設備(10)的方法，包括以下步驟通過利用干涉測量確定衍射結構(42)相對于彼此的位置，從而驗證包括布置在其上的衍射結構(42)的校準掩模(40)合格；利用所述設備，確定布置在所述校準掩模(40)上的測量結構(14)相對于彼此的位置；以及通過針對所述測量結構(14)所確定的位置以及針對所述衍射結構(42)所確定的位置，校準所述設備(10)。
文檔編號G03F9/00GK102414615SQ201080018981
公開日2012年4月11日 申請日期2010年4月10日 優先權日2009年4月29日
發明者約琴.赫茨勒, 諾伯特.克威恩 申請人:卡爾蔡司Sms有限責任公司