检验方法和设备、光刻设备、光刻处理单元和器件制造方法.pdf

一种散射仪具有能够发射在不同的第一和第二波长范围内的辐射的辐射源。一种可调整光学元件设置用于根据所使用的波长范围的需要实现色差修正。一种单散射仪可以由此采用宽间隔的波长实现测量。

1.  一种检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
辐射源，设置用于有选择地发射具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
光学系统，设置用于将第一或第二辐射束中的被选出的一个引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱；以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据辐射源发射第一辐射束还是第二辐射束，来实现光学系统的色差修正。

2.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第一波长范围是5至300nm。

3.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第二波长范围是400至800nm。

4.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第一辐射束包括多个分量或成分，其中每个分量或成分具有在第一波长范围中的各自的波长。

5.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第二辐射束包括多个分量或成分，其中每个分量或成分具有在第二波长范围中的各自的波长。

6.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第一辐射束是宽带辐射束，所述宽带辐射束包括在第一波长范围内的一定范围的波长。

7.  根据权利要求1所述的设备，其中所述第二辐射束是宽带辐射束，所述宽带辐射束包括在第二波长范围内的一定范围的波长。

8.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括可变形反射镜。

9.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括可调整折射透镜元件。

10.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括折射透镜元件和致动器，所述致动器设置用于调整所述折射透镜元件的位置和/或方向。

11.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括一对折射透镜元件和致动器，所述致动器设置用于调整所述一对折射透镜元件的相对位置。

12.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括多个可更换的光学元件和致动器，所述致动器设置用于有选择地将所述可更换光学元件中的一个定位在光学系统中。

13.  根据权利要求1所述的设备，其中所述光学系统包括照射支路和检测支路，所述照射支路设置用于将第一或第二辐射束中所选择出的一个引导到目标图案上，而所述检测支路设置用于将被所述目标图案变向的辐射投影到检测器上，以获得散射仪光谱或散射测量的光谱，其中所述可调整的光学元件被设置在照射支路中。

14.  根据权利要求1所述的设备，其中所述光学系统包括照射支路和检测支路，所述照射支路设置用于将第一或第二辐射束中所选择出的一个引导到目标图案上，而所述检测支路设置用于将被所述目标图案变向的辐射投影到检测器上，以获得散射仪光谱或散射测量的光谱，其中所述可调整的光学元件被设置在检测支路中。

15.  根据权利要求1所述的设备，其中所述光学系统包括物镜系统，且可调整光学元件被设置在物镜系统中。

16.  根据权利要求1所述的设备，其中所述可调整光学元件包括可在光学系统中有选择地定位的多个物镜单元。

17.  一种光刻设备，包括：
照射光学系统，设置用于照射图案；
投影光学系统，设置用于将所述图案的图像投影到衬底上；以及
检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
光学系统，设置用于将具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束引导到目标图案上，并将被所述目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围，以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据第一辐射束还是第二辐射束被光学系统引导，来实现所述光学系统的色差修正。

18.  一种光刻单元，包括：
涂布机，设置用于为衬底涂布辐射敏感层；
光刻设备，设置用于将图像曝光到被所述涂布机涂布的衬底的辐射敏感层上；
显影器，设置用于对被光刻设备曝光的图像进行显影；以及
检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
辐射源，设置用于有选择地发射具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
光学系统，设置用于将第一或第二辐射束中的被选出的一个引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱；以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据辐射源发射第一辐射束还是第二辐射束，来实现光学系统的色差修正。

19.  一种用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺印制在衬底上的目标图案的参数相关的值的检验方法，所述方法包括：
控制辐射源有选择地发射具有在第一波长范围内的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围内的第二波长的第二辐射束，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
采用光学系统将第一辐射束或第二辐射束中选择出的一个引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上，以获得散射仪光谱或散射测量的光谱；以及
调整可调整的光学元件，以根据辐射源发射第一辐射束还是第二辐射束有选择地实现光学系统的色差修正。

20.  一种检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
光学系统，设置用于将具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围，所述光学系统包括物镜和成像光学系统，所述物镜具有光瞳平面并设置用于收集被目标图案变向的辐射，所述成像光学系统设置用于将光瞳平面的图像投影到检测器上；以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据第一辐射束还是第二辐射束被光学系统引导，来实现所述光学系统的色差修正。

检验方法和设备、光刻设备、光刻处理单元和器件制造方法
技术领域
本发明涉及一种可用于例如在通过光刻技术制造器件中检验的方法，并涉及一种采用光刻技术制造器件的方法，尤其是散射仪方法。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常应用到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。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、一个或多个管芯的部分)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(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：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部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、同时与该方向平行或反向平行地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。
为了监测光刻工艺，通常测量被图案化的衬底的一个或多个参数，例如，在衬底中或衬底上形成的连续层之间的重叠误差。存在用于对光刻工艺中形成的微观结构进行测量的各种技术，所述技术包括使用扫描电子显微镜和各种专业工具。一种形式的专业检验工具是散射仪，在所述散射仪中，辐射束被引导到衬底的表面上的目标上，且经过散射或反射的束的一种或多种属性被测量。通过对于所述束在被衬底反射或散射之前和之后的一种或多种属性进行比较，可以确定所述衬底的一种或多种属性。这可以例如通过将反射束与存储在与已知的衬底属性相关联的已知的测量值库中的数据进行比较来完成。两种主要类型的散射仪是公知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上，并测量被散射到特定的窄的角度范围的辐射光谱(作为波长的函数的强度)。角度分解散射仪将被散射的辐射的强度作为角度的函数进行测量。偏振光椭圆率测量仪测量偏振状态。角度分解散射仪和偏振光椭圆率测量仪可以采用单色光束、多色光束(即具有多个不同的波长的成分的光束)或宽带光束。
采用宽带或多色光束需要使散射仪的光学系统是消色差的。用于使涉及折射光学元件的光学系统消色差的技术是公知的，但是随着待适应的波长的数量或范围的增加，所述技术变得更复杂和困难。可以更容易地使采用例如基于施瓦兹希尔(Schwarzschild)光学元件的反射镜的光学系统是消色差的，但是由于光瞳平面上的遮拦，所述光学系统不适用，尤其是对于具有高数值孔径的光学系统的散射仪和偏振光椭圆率测量仪。
发明内容
旨在例如提供一种能够采用更宽间隔的波长或波长范围进行测量的散射仪的方法和设备。
根据本发明的一个方面，提供一种检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
辐射源，设置用于有选择地发射具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
光学系统，设置用于将第一或第二辐射束中的被选出的一个引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱(scatterometric spectra)；以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据辐射源发射第一辐射束还是第二辐射束，来实现光学系统的色差修正。
根据本发明的一个方面，提供一种用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺印制在衬底上的目标图案的参数相关的值的检验方法，所述方法包括：
控制辐射源有选择地发射具有在第一波长范围内的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围内的第二波长的第二辐射束，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围；
采用光学系统将第一辐射束或第二辐射束中选择出的一个引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上，以获得散射仪光谱或散射测量的光谱；以及
调整可调整的光学元件以根据辐射源发射第一辐射束还是第二辐射束有选择地实现光学系统的色差修正。
根据本发明的一个方面，提供一种检验设备，所述检验设备配置用于确定与通过用于在衬底上制造器件层的光刻工艺被印制在衬底上的目标图案的参数相关的值，所述设备包括：
光学系统，设置用于将具有在第一波长范围中的第一波长的第一辐射束，或者具有在第二波长范围中的第二波长的第二辐射束引导到目标图案上，并将被目标图案变向的辐射投影到检测器上以获得散射仪光谱或散射测量的光谱，所述第二波长范围不同于所述第一波长范围，所述光学系统包括物镜和成像光学系统，所述物镜具有光瞳平面并设置用于修正被目标图案变向的辐射，所述成像光学系统设置用于将光瞳平面的图像投影到检测器上；以及
可调整的光学元件，设置用于有选择地根据是第一辐射束还是第二辐射束被光学系统引导，来实现所述光学系统的色差修正。
附图说明
在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中：
图1a示出光刻设备；
图1b示出光刻单元或簇；
图2示出根据本发明的实施例的第一散射仪；
图3示出根据本发明的实施例的第二散射仪；
图4示出根据本发明的实施例的第三散射仪；以及
图5示出根据本发明的实施例的第四散射仪。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的实施例的光刻设备。所述设备包括：
照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外辐射或深紫外(DUV)辐射)；
支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；
衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位器PW相连；以及
投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统PS配置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(例如包括一个或多根管芯)上。
所述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、静电型或其他类型的光学部件、或上述光学部件的任意组合，以对辐射进行引导、整形、或控制。
支撑结构以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如例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。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，框架或台可以根据需要为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于所需的位置上。在这里术语“掩模版”或“掩模”的任何使用都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广泛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形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可以不与在衬底目标部分所需的图案确切相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与诸如集成电路的在目标部分形成的器件中的特定的功能层相符。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。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液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减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，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜的所述反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语“投影系统”广泛地解释为包括适合于所使用的曝光辐射的、或诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素的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、或上述系统的任意组合。这里术语“投影透镜”的任何使用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)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台和/或支撑结构，或可以在将一个或更多个其他台和/或支撑结构用于曝光的同时，在一个或更多个台和/或支撑结构上执行预备步骤。
所述的光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖以便填充投影系统和衬底之间的空隙的类型。浸没液也可以被应用到光刻设备中的其他空隙中(例如在所述掩模和投影系统之间)。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域是公知的。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1a，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是单独的实体(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组成部分，并且通过包括例如合适的引导反射镜和/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。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分或一体部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及所述束传递系统BD(如果需要所述束传递系统BD)一起称作辐射系统。
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，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部的径向(radial)范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器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来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量器件、线性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，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的辐射路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取或机械检索之后，或在扫描期间，所述第一定位器PM和另一个位置传感器(图1a中未明确示出)可以用于将图案形成装置MA相对于所述辐射束B的辐射路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位器PM的一部分的长程模块(粗定位)和短程模块(精定位)的帮助来实现支撑结构MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位器PW的一部分的长程模块和短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)，所述支撑结构MT可以仅与短程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐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隙中(这些公知为划线对齐标记)。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对齐标记可以位于所述管芯之间。
可以将所述设备用于以下模式中的至少一种：
1.在步进模式中，在将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将支撑结构MT和所述衬底台WT保持为基本静止(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，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS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(沿非扫描方向的宽度)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向的高度)。
3.在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的支撑结构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1b所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称作光刻簇)的部分，所述光刻单元还包括用于在衬底上实现一个或多个曝光前和曝光后的工艺的装置。通常，这些包括用于淀积抗蚀剂层的一个或多个旋涂器SC、用于对曝光过的抗蚀剂进行显影的一个或多个显影器DE、一个或多个激冷板CH以及一个或多个烘烤板BK。衬底处理装置或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，将其在不同的工艺装置之间移动，并将其传递给光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道(track)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量和处理效率最大化。
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一种或多种属性，例如两个连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对一个或多个连续的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另一个衬底仍处于待曝光状态)。已经曝光过的衬底也可以被剥离并重新工作(以便提高产量)，或被遗弃，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，可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。另一种可能是设定连续的工艺步骤，以适应补偿误差的需要，例如修整刻蚀步骤的时间可以被调整用于补偿由光刻工艺步骤引起的衬底到衬底的临界尺寸的变化。
检验设备被用于确定衬底的一种或多种属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的一种或多种属性如何从层到层和/或从衬底的一边到另一边的变化。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。为了能最迅速地测量，需要检验设备在曝光后立测量在经过曝光的抗蚀剂层上的一种或多种属性。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具有足够的灵敏度来对潜影进行有效测量。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)后进行，所述曝光后的烘烤步骤(PEB)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时刻，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。后一种可能限制了有缺陷的衬底的重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息，例如出于过程控制的目的。
图2示出根据本发明的实施例的散射仪SM1。其包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影器2。所反射的辐射被传到光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器4测量被镜面反射的辐射的光谱10(即将强度作为波长的函数测量)。从该数据中，产生所检测的光谱的结构或分布可以通过处理单元PU重建，例如通过严格耦合波分析(rigorous coupled waveanalysis)和非线性回归或通过与如图2底部所示的仿真光谱库进行对比。通常，对于所述重建，获知所述结构的大体形式且根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有一些结构参数根据散射测量数据(scatterometry data)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。
根据本发明的实施例，辐射源2可以控制用于以至少两种不同的波长范围有选择地输出辐射，例如在紫外范围内(小于300nm)和在近红外范围内(700-800nm)。辐射源2可以包括用于发射紫外辐射的第一辐射源，例如氘灯或氙灯。因此，可以被所述辐射源输出的第一波长范围可以在大约200nm至大约300nm的范围内。辐射源2也可以包括第二辐射源，例如石英钨卤(quartz-tungsten-halogen)辐射源或激光，或者激光二极管，以发射近红外辐射。可以被辐射源输出的第二波长范围可以在从大约700nm至大约800nm的范围内。对于所述第一和第二辐射源，一个或多个滤波器可以被设置用于将被发射的波长范围限制到所需要的范围内。为了输出在第一和第二波长范围内的辐射，有选择地激发第一和第二辐射源。替代地，两种源可以被同时激发和各自的快门可打开和关闭，或者移动束转向元件，以从所需的辐射源中选择输出。如果待使用的不同的波长范围足够近，则也可以采用单个可调谐的辐射源。为了使得能够在多于两个的波长范围之间进行选择，可以提供多于两个可选择的辐射源和/或可调谐的辐射源。
在紫外范围内的辐射对于测量CD是有用的；由于可获得的CD值随着光刻技术的改进而变小，需要更短的波长进行精确测量。在近红外范围内的辐射对于在多晶硅或者类似多晶硅的层中的重叠测量是有用的。其他的波长范围对于其他的测量可能是尤其有用的。通过提供可以在两个或多个不同的范围内有选择地发射的辐射源，可以在单个散射仪中进行不同的测量(例如CD和重叠)。由于可以在衬底上进行多重测量，而不需要在散射仪之间转移衬底，所以这减少了在加工中所提供的散射仪的数量，并增加生产量。
散射仪SM1光学系统(未示出)需要适应于待使用的不同的波长范围。因此，自适应光学元件AE1被设置在散射仪的光学系统中的合适的位置，并且当选择不同的波长范围时，在控制单元CU的控制下，进行必需的修正。可调整的元件AE1可以采取各种不同的形式。例如，其可以包括可控地可变形的反射镜、可控地可变形的透镜元件、可移动的透镜元件、多个透镜元件，所述元件的相对位置可以被调整和/或可以是可更换的透镜元件。
根据本发明的实施例的另一个散射仪SM2如图3所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12通过干涉滤光片13和偏振器17被聚焦，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(希望至少0.9或至少0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有超过1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以辅助的光学元件(未示出)在检测器18上再次成像。所述光瞳平面是在其上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。所述检测器希望是二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射光谱(即作为散射角的函数的强度测量结果)。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，且可以具有例如每帧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，当辐射束入射到部分反射表面16上时，辐射束的一部分通过所述表面作为参考束朝向参考镜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。
一个或多个干涉滤光片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谐的而不是包括一组不同的滤光片。代替一个或多个干涉滤光片，可使用光栅，或除了一个或多个干涉滤光片之外还可使用光栅。
检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射的辐射的强度，单独在多个波长的强度，或者在波长范围上成一体的强度。进而，检测器可以单独地测量横向磁(TM)偏振辐射和横向电(TE)偏振辐射的强度和/或在横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射之间的相位差。
能够采用给出大集光率(etendue)的宽带辐射源2(即辐射源2具有宽辐射频率或波长范围以及由此是彩色的)，允许多波长的混合。在宽带上的多个波长需要每个具有δλ的带宽和至少2δλ(即波长带宽的两倍)的空隙。多个辐射“源”可以是已经被用例如光纤束分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，进行角度分解的散射谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量比二维谱包含更多的信息的三维谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加度量工艺的鲁棒性。这在美国专利申请公开No.US2006-0066855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。
正如在关于图2所述的实施例中所述，辐射源2可以通过控制单元CU控制用于发射具有在第一波长范围或第二波长范围内的有选择的波长(或波长组)的辐射。根据所选择的范围，可调整的元件AE2被控制用于实现光学系统的必需的补偿。辐射源2和可调整元件AE2可以采用与在关于图2所述的实施例中的对应的部件相同的形式。结合通过所述源2输出的波长范围或组的选择，一个或多个滤波器13被交换或调整。
如图所示，可调整元件AE2被设置在散射仪SM2的测量支路中，即，在样本和检测器18之间，但是可替代地被设置在照射支路中(即在辐射源2和所述样本之间)。可以提供至少两个可调整元件，例如每条支路一个。可调整元件AE2也可以被设置在高数值孔径物镜15中。
根据本发明的另一个实施例的散射仪SM3如图4所示。在该实施例中，两个辐射源31、32提供具有正交偏振状态(例如p和s)的辐射束，所述辐射束通过透镜33和34被聚焦以形成虚辐射源，并通过偏振分束器35结合。如上所述，每个辐射源可控制用于发射在第一或第二波长范围内的辐射。孔板20可以设置有一个或多个孔，用于将所述照射束整形为例如常规的、环状的和/或多极照射束。选择机构23，例如电机，可以被用于选择所述板的多个孔中的一个。
中继光学元件36、37经由非偏振分束器39和物镜40，将测量光斑投影到被衬底台WT保持的衬底W上。反射镜38可在控制单元CU(未示出)的控制下变形，以实现与通过辐射源31、32输出的所选择的波长范围同步的必需的色差修正。物镜40具有高数值孔径，例如大于0.9或0.95，以使得其在内部形成光瞳平面PP，这被通过透镜42和43重新成像到检测器45(例如CCD阵列或其他形式的照相机)上。可移动的刀口或定位刀44为聚焦而提供。
非偏振分束器39将入射束的一部分经由反射镜46和透镜47，引导到参考反射镜48上，从所述参考反射镜48，所述辐射束返回并被朝向照相机45引导，以形成参考光斑，从而使得任何辐射源强度的变化的效果被去除。
根据本发明的另一个实施例的散射仪SM4如图5所示。该散射仪与上述散射仪SM3大部分相同，而公共部件的描述因此被省略。
替代可变形的反射镜38，散射仪SM4具有简单的折叠式反射镜38a，所述折叠式反射镜38a可以被半镀银(half-silvered)，以在用于聚焦系统(未示出)的照射中连接或耦合。为了根据所选择的波长范围实现光学系统的必需的修正，两个(或更多个)可更换的物镜透镜40a、40b一起提供有致动器40c，以实现物镜的交换。可更换的物镜其中的一个对于所述辐射源31、32输出的每个波长范围(或组)被优化。作为替代方案，可调整的元件也可以被设置在高数值孔径的物镜40中。
在任何一种上述散射仪中，在衬底W上的目标可以是被印制的光栅，以使得在显影之后，条纹由实抗蚀剂线形成。所述条纹可以替代地被蚀刻进所述衬底。目标图案被选择为对于感兴趣的参数(例如光刻投影设备中的焦点、剂量、重叠、色差等)敏感，以使得相关参数的变化将表示为被印制的目标的变化。例如，目标图案可以是对光刻投影设备尤其是投影系统PL中的色差敏感，并且照射对称性(illumination symmetry)和这种色差的存在将自身表示为被印制的目标图案的变化。相应地，所印制的目标图案的散射测量数据被用于重建所述目标图案。所述目标图案的参数(例如线宽和线形)可以被输入到重建过程中，所述重建过程由处理单元PU根据印制步骤和/或其他散射测量程序(scatterometry processes)的知识实现。
存在用于根据从散射仪获得的数据(称为光谱)确定目标的感兴趣的参数值(例如CD)的两种基本方法：迭代建模和库搜索。在迭代建模技术中，目标结构的理论模型被用于计算从目标获得的作为感兴趣的参数的函数的光谱。以初始数值或种子数值开始，预见到的光谱被计算并与测量到的光谱比较，以使得能够改善参数值的估计。该过程为多次迭代而重复，直到预见到的光谱与测量到的光谱在所需的误差极限或范围(margin)内匹配，在该点，假定参数的实际值与用于在所需的精度范围内获得预见到的光谱的预见到的参数值相等。
在库搜索中，再次采用将光谱与参数值关联的模型，预见到的光谱库被重建，且所测量到的光谱被与库的条目进行比较，以确定最接近的匹配。所述库中的条目的数量通过所期望的可能的参数值的范围确定，所述可能的参数值的范围依赖于参数值可以预先被多么精确地推测以及所需的测量精度。
可以被用于散射测量(scatterometry)中的另一种技术是主成分分析(Principal Component Analysis/PCA)。以这种技术，测试或校准图案的矩阵在变化感兴趣的参数值的情况下被印制。光谱针对每个测试图案获得，并被分析用于推出一组主成分(principal components)(基本函数)，以使得每个光谱可以被表达为一组与主成分相乘的系数。然后根据测试图案的已知的参数值，可以导出将所述系数与所述参数值联系的函数。根据测量目标得出的光谱被分解成一组与主成分相乘的系数，且所述系数值用于确定所述参数值。
为了确保在散射测量中的精度，需要确保光学系统在所需的极限内是无像差的。这需要测量光学系统中的像差。测量光学系统(例如用于散射仪中的光学系统)中的像差的常规途径是干涉测量法。然而，干涉测量技术需要附加的硬件，且很耗时，并难于在正在使用中的设备上实现。相应地，周期校准和诊断监测在不使用散射仪一段较长的时期的情况下进行。
尽管在本文中可以具体参考将所述光刻设备用于制造IC的使用，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代的应用的上下文中，可以将这里术语“晶片”或“管芯”的任何使用分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(track)(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中进行处理。在可应用的情况下，可以将这里的公开应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语衬底也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经具体参考在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置的外形限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的外形印制到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂移走，并在抗蚀剂中留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
在情况允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含描述上述公开的方法的一个或更多机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。