检测显微镜的光学特性的方法、恢复显微镜的成像质量的方法以及适于实施所述方法的显微镜与流程

本发明涉及一种用于记录显微镜的光学特性的方法，以及一种在更换显微镜的光学元件后或者在存在成像质量劣化迹象时恢复显微镜的成像质量的方法。特别地，所述显微镜可以是高性能uv显微镜，例如用于在质量控制范围内检查集成电路的高性能uv显微镜。本发明还涉及一种适于实施所述恢复方法的显微镜，该显微镜包括经编程的控制设备，借助该经编程的控制设备能够触发所述恢复方法的步骤。

背景技术：

1、由于集成电路中的结构变得越来越小，并且目前的结构宽度仅为几纳米，因此在质量控制范围内需要非常高性能的显微镜来检测电路中的制造缺陷。普通光学显微镜足以检测曝光晶片上较大的灰尘颗粒或划痕，而要分辨直径仅为10 nm的较小颗粒或电路结构中的缺陷，则需要使用波长较短的光进行成像。所使用的光尤其可以是uv（紫外，约300至400 nm）、duv（深紫外，约200至300 nm）或vuv（真空紫外，约100至200 nm）光谱范围内的光。

2、由于玻璃在小于约320 nm的波长下的透射率显著降低，因此，在使用duv光的显微镜中，通常用于透镜的玻璃被诸如氟化钙之类的其他材料替代。除了透镜之外，这种显微镜通常还包含一个或多个反射镜，例如wo 1999/008134 a1中已知的那样。氟化钙在短于约120 nm的波长下也不再具有足够的透射率。因此，这种显微镜必须采用反射式设计，即不包含透镜而仅包含反射镜。反射镜的基底承载制造成本较高的多层涂层，但该多层涂层反射入射vuv光的大部分。

3、如果这种高性能显微镜用于集成电路生产中的质量控制，则其必须能够在短时间内检查非常大量的晶片。具有这种高性能显微镜的晶片检查装置每小时能够检查多达100片晶片。为此，晶片被自动插入位移台的晶片保持器中。位移台以使晶片上曝光的所有电路均能够在短时间内得到检查的方式将晶片送至显微镜。由于这种晶片检查装置具有复杂的光学系统和机械系统，因此非常昂贵，并且其停机时间应尽可能短。

4、由于对成像质量的要求很高，在初始装配期间，以复杂的过程调整成像光学单元的光学元件，这需要对成像质量进行多次单独测量。通常使用基于干涉测量原理工作的波前传感器进行这些测量，所述波前传感器能够精确捕获光学波前，从而提供关于成像质量的全面信息。在调整期间，使用安装在显微镜中的操纵器，所述操纵器能够在致动器的致动下移动或倾斜光学元件。在这种情况下，波前测量和调整通常在递归过程中交替进行，这可能非常耗时。

5、在这种高性能显微镜运行一定时间之后，时常需要更换单独的光学元件。这可能是由于缺陷或老化现象，也可能是由于希望响应于变化的检查任务而进行某些调整。迄今为止，在这种情况下，必须将这种高性能显微镜返还给制造商，以便在那里重新测量和重新调整显微镜。这会导致较长的停机时间，并且在最坏的情况下会导致半导体制造中的生产故障。在晶片检查装置中固定安装波前传感器主要由于这种传感器的高成本而不可行。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题在于，提供一种用于记录显微镜的光学特性的方法，所述显微镜尤其适于检查集成电路，借助该方法能够以简单的方式记录显微镜的光学状态，使得所记录的状态能够容易地与显微镜的另一状态进行比较。所述另一状态可以是经模拟的状态或者在另一时间记录的状态。

2、根据本发明，该问题通过具有以下步骤的方法来解决：

3、a） 提供显微镜，特别是尤其用于检查集成电路的高性能uv显微镜，所述显微镜包括图像传感器和成像光学单元，所述成像光学单元包含多个光学元件并且被配置为将物平面成像到图像传感器上；

4、b） 在物平面中布置至少一个结构；

5、c） 捕获所述结构的图像1-1，其中所述结构被聚焦成像到图像传感器上；以及

6、d） 捕获所述结构的图像1-2，其中所述结构被离焦成像到图像传感器上。

7、发明人认识到，通过捕获测试结构的聚焦图像和离焦图像，能够非常良好地记录显微镜的光学特性。所捕获的图像越离焦，所捕获的图像就越接近光瞳平面中的强度分布。该强度分布包含关于场平面中光的角分布的信息。因此，通过综合考虑聚焦图像和离焦图像，能够推断出与显微镜的光学特性有关的许多重要信息。

8、如果将以这种方式记录的状态与显微镜的另一状态进行比较，则该信息变得特别有意义。所述另一状态可以是经模拟的状态或者在另一时间记录的状态。例如，如果经模拟的状态是由显微镜的光学设计限定的状态，则可以确定与制造或老化相关的成像误差。

9、应当理解，步骤c）和d）这两个步骤可以互换。

10、优选地，在步骤b）中，在物平面中布置多个结构，并且这些结构彼此间隔到使其在步骤c）和d）中捕获的部分图像在图像传感器上不重叠的程度。由此，在多个场点处获得所需信息。布置在测试物体上的结构越多，并且这些结构在整个可成像物场上的分布越广，对显微镜的光学特性的记录就越完整。

11、进一步优选地，以不同的离焦设置重复步骤d）。这种重复可以仅执行一次，也可以执行多次，后者形成焦点堆叠体，可以从该焦点堆叠体推断出与光学特性有关的更多信息。

12、如果以不同设置的角照明分布重复步骤d），同样如此。这种重复可以仅执行一次，也可以执行多次，后者形成角照明分布堆叠体，可以从该角照明分布堆叠体推断出与光学特性有关的更多信息。高质量的高性能uv显微镜的照明系统通常允许在一定限度内有针对性地设置角照明分布。

13、本发明所要解决的另一问题在于，提供一种方法，在更换光学元件之后或者在成像质量下降（可能仅为怀疑的）时，能够利用该方法快速恢复尤其适于检查集成电路的显微镜的成像质量。

14、根据本发明，该问题通过具有以下步骤的方法来解决：

15、a0） 通过执行上述步骤a）至d）来记录显微镜的光学特性；

16、e） 在较晚的时间将所述结构布置在物平面中；

17、f） 捕获所述结构的图像2-1，其中所述结构被聚焦成像到图像传感器上；

18、g） 比较图像1-1和2-1，以检测至少一个第一成像误差；

19、h） 实施用于校正在步骤g）中检测到的所述至少一个第一成像误差的第一措施；

20、i） 捕获所述结构的图像2-2，其中所述布置被离焦成像到图像传感器上；

21、j） 比较图像2-1和2-2，以检测至少一个第二成像误差；以及

22、k） 实施用于校正在步骤j）中检测到的所述至少一个第二成像误差的第二措施。

23、本发明基于以下认识：即使没有波前传感器，而是使用高性能显微镜中通常本来就存在的设备，具体而言即图像传感器以及用于调整成像光学单元中的光学元件的操纵器，也可以测量其成像质量，并且在必要时通过调整来改善其成像质量。这通过两阶段测量和调整过程来实现，其中首先在聚焦成像的范围内测量并且可能校正主导成像误差（通常为低阶成像误差）。随后，在离焦成像的范围内测量并且可能校正残余成像误差（通常为高阶成像误差）。在这种情况下，通过将成像质量劣化之前取得的图案的图像，即一个或多个发光斑点或其他结构的布置的图像，与在实际或假定的劣化之后捕获的该图案的图像进行比较来实施测量，具体而言，分别进行一次聚焦成像和一次离焦成像。已经表明，使用这种两阶段测量和调整过程能够非常有效地测量并恢复成像质量。

24、在实践中，优选地，在第一次调整和投入运行之后不久的第一时间点，以如上所述的方式测量显微镜。由此得到利用聚焦成像捕获的图像和利用离焦成像捕获的图像。随后在较晚的第二时间点重复该测量。例如，在两个时间点之间可能已经更换成像光学单元的光学元件。然而，第二时间点也可以由定期进行的监测来确定。例如，可以按照固定时间间隔进行新的测量，例如每100个运行小时或每30天一次。这样，可能导致成像特性劣化的漂移现象能够在如此早的阶段被检测到，以至于显微镜不会超出规格并因而变得不可使用。由于测量仅需要使用特定物体并执行两次具有不同聚焦状态的图像捕获，因此停机时间相应较短。

25、在步骤b）中布置在物平面中的所述至少一个结构仅需具有以下特性：能够以足够的强度和相应较高的对比度成像到图像传感器上。例如，该结构可以是自发光的，并且可以由微型光源形成。简单的显微镜通常包括用于对物体进行透射照明的照明单元。在这种情况下，该结构可以是孔径板中的针孔。

26、用于检查曝光晶片的显微镜通常设有照明单元，该照明单元以反射光照明方式（即从显微镜一侧）将短波光引导到晶片上。在这种情况下，通常可以通过改变由照明单元发出的光的方向和/或角分布，在明场照明和暗场照明之间进行切换。在这种情况下，该结构可以通过反射或散射特性与吸收性环境区分开。具体而言，这可能意味着，在步骤b）和e）中，用于成像的物体是承载吸收涂层的特殊晶片，仅在所需结构的区域（例如单个斑点或十字准线图案）去除该吸收涂层，使得入射到该区域的光被反射或散射。

27、替代地，可以将孔径板放置在晶片上。这对应于上述解决方案，不同之处在于，固定施加的涂层被以可拆卸方式放置在晶片上的孔径板替代。

28、优选地，在步骤b）和e）中，在物平面中布置彼此间隔开的多个结构，而不是仅布置单个结构，使得能够在分布于整个场上的多个场中斑点位置处测量成像误差。在这种情况下，仅需要确保这些结构彼此相距足够远，使得其在步骤d）和i）中捕获的离焦部分图像在图像传感器上不重叠。否则，基于图像1-2和2-2的比较以场相关方式可靠地确定成像质量将变得困难。

29、为了在步骤d）和i）中产生离焦图像表示，可以使成像光学单元的光学元件平行于成像光学单元的光轴移动。用于晶片检查的高性能显微镜通常不需要为此设置附加致动器，因为为调整目的而设置的可用操纵器通常能够实现足够大的行程。

30、离焦设置应当尽可能显著，因为只有这样才能获得关于光瞳的足够信息。在理想情况下，光瞳直接成像到图像传感器上；虽然以这种方式无法实现这一点，但也并非必要。如果通过一位移运动能够实现的离焦设置不足，也可以移动多于一个光学元件。如果利用现有操纵器能够实现的行程过短，则必须设置附加致动器。

31、由于成像光学单元在显微镜装配时被调整，并且此后提供几乎完美的成像，因此，具有屈光力的光学元件或者具有曲面的反射镜的任何轴向移动都会引起离焦。被移动的光学元件优选地位于成像光学单元的光瞳平面中，或者至少基本上位于光瞳平面中。以这种方式获得场无关的离焦，即物平面中的所有点均以大致相同的方式被离焦成像。

32、作为其替代方案或附加方案，为了产生离焦图像表示，可以在步骤d）和i）中将步骤c）和f）中不位于成像光学单元的光路中的附加光学元件引入成像光学单元的光路中。在最简单的情况下，该附加光学元件是平板，其导致像平面均匀地轴向位移。其他离焦选项包括轴向移动图像传感器或物平面。

33、优选地，以不同的离焦设置将步骤i）和j）以及可选地还有步骤k）重复至少一次。以这种方式获得附加图像，可以通过计算将这些附加图像彼此比较，以测量成像质量。特别地，可以产生一种焦点堆叠体，其中在短时间之后改变离焦设置，并且每次都捕获所述布置的图像。

34、还可以以不同设置的角照明分布将步骤i）和j）以及可选地还有步骤k）执行至少一次。使用不同角照明分布产生的图像同样可以提供有价值的信息，在步骤j）中的比较期间可以使用该信息来确定成像质量。

35、在步骤h）中实施的第一校正措施尤其可以包括沿垂直于成像光学单元的光轴的方向移动光学元件。这尤其能够校正位置误差（即畸变）。低阶彗差在图像中可识别为彗差拖尾，通常可以通过组合多个光学元件沿不同方向的位移来校正。

36、在步骤k）中实施的用于校正残余误差的第二措施同样可以包括沿垂直于成像光学单元的光轴的方向移动多个光学元件和/或倾斜至少一个光学元件，如现有技术本身已知的那样。更复杂的操纵器使反射镜表面弯曲，或者借助热致折射率变化来改变波前。

37、如果以上述方式将显微镜的较晚状态与第一次装配之后设定的交付状态进行比较，则之后实施的校正措施不能产生优于交付状态的状态。因此，校正措施实现了对这样一种状态的适配：该状态虽然处于规格范围内，但在某些情况下并非最优。

38、如果不是将显微镜的两个实际状态彼此比较，而是将通过测量获得的实际状态与显微镜的模拟状态进行比较，其中所述模拟状态对应于由光学设计得到的显微镜的目标特性，则能够特别好地测量和校正由制造或老化引起的图像误差。

39、因此，在该变型中，图像1-1和1-2不是借助图像传感器捕获的，而是基于显微镜的设计数据进行模拟。在这种情况下，优选地，以随后实际产生模糊的相同方式模拟模糊，即例如通过对具有待成像结构的物体进行模拟的z方向位移。

40、于是，这种用于恢复显微镜的成像质量的方法包括以下步骤：

41、a） 提供显微镜，所述显微镜包括图像传感器和成像光学单元，所述成像光学单元包含多个光学元件并且被配置为将物平面成像到图像传感器上；

42、b）模拟布置在物平面中的假设结构在图像传感器上的图像1-1，其中以显微镜的设计数据和聚焦成像为基础；

43、c）模拟布置在物平面中的假设结构在图像传感器上的图像1-2，其中以显微镜的设计数据和离焦成像为基础；

44、d） 在物平面中布置与所述假设结构相对应的实际结构；

45、e） 捕获所述实际结构的图像2-1，其中所述实际结构被聚焦成像到图像传感器上；

46、f） 比较图像1-1和2-1，以检测至少一个第一成像误差；

47、g） 实施用于校正在步骤f）中检测到的所述至少一个第一成像误差的第一措施；

48、h） 捕获所述实际结构的图像2-2，其中所述实际结构被离焦成像到图像传感器上；

49、i） 比较图像2-1和2-2，以检测至少一个第二成像误差；以及

50、j） 实施用于校正在步骤i）中检测到的所述至少一个第二成像误差的第二措施。

51、本发明所要解决的另一问题在于，提供一种适于实施所述恢复方法的显微镜。

52、根据本发明，该问题通过一种显微镜来解决，所述显微镜具有图像传感器和成像光学单元，所述成像光学单元包含多个光学元件并且被配置为将物平面成像到图像传感器上，并且所述显微镜具有被配置为触发以下步骤的经编程的控制设备：

53、a）模拟布置在物平面中的假设结构在图像传感器上的图像1-1，其中以显微镜的设计数据和聚焦成像为基础；

54、b）模拟布置在物平面中的假设结构在图像传感器上的图像1-2，其中以显微镜的设计数据和离焦成像为基础；

55、c） 在物平面中布置与所述假设结构相对应的实际结构；

56、d） 捕获所述实际结构的图像2-1，其中所述实际结构被聚焦成像到图像传感器上；

57、e） 比较图像1-1和2-1，以检测至少一个第一成像误差；

58、f） 实施用于校正在步骤e）中检测到的所述至少一个第一成像误差的第一措施；

59、g） 捕获所述实际结构的图像2-2，其中所述实际结构被离焦成像到图像传感器上；

60、h） 比较图像2-1和2-2，以检测至少一个第二成像误差；以及

61、i） 实施用于校正在步骤h）中检测到的所述至少一个第二成像误差的第二措施。

62、以上关于所述方法提及的有利配置相应地适用于所述显微镜。