用于测量基底的装置和方法与流程

1.本发明涉及一种用于测量基底的装置和方法。


背景技术：

2.由于借助光刻或纳米压印光刻在基底上制造的结构的临界尺寸(cd,英文：critical dimension)强烈减小，因此对于制造工艺中的测量和检测技术的挑战升高。
3.由于阿贝分辨率限制(其为衍射极限分辨率)，常规的成像方法、如光学显微镜法等仅限于在一半光学波长之上的结构尺寸，大多远高于100nm。具有临界尺寸的结构的三维表征利用光学显微镜法只能有条件地实现。在此，几何参数、如结构宽度、结构高度、棱角以及在结构变得越来越小的情况下，三维结构的粗糙度也变得越来越重要。用于测量结构的备选方法、如透射电子显微镜法(tem)、扫描电子显微镜法(sem)或扫描力显微镜法(afm)在半导体工业中过于耗费(耗时)，并且因此在过程监控方面以及在批量制造方面不适合。类似地，大面积的轮廓测量也仅有条件地适用于确定形貌。
4.在现有技术中，将常规的成像方法、如光学显微镜法与非成像光学散射测量方法相结合。
5.但由于例如借助光刻或纳米压印光刻在基底上制造的结构的临界尺寸强烈减小，省却了常规的成像方法。
6.现有技术中使用经典的椭圆偏振法来测量层厚度和光学材料特性、如折射率和反射度。在不在此破坏层的情况下必须进行覆层的测量，以防止损伤基底或晶片。尤其是，光谱椭圆偏振法以及反射法在半导体工业中已确立作为用于过程控制和过程优化的计量系统。通常，探测相对变化或偏差。从简单系统的测量中进行模拟和评价所需的程序在现有技术中是已知的。
7.有关用于分析纳米范围内的材料和系统(包括薄膜)的光谱椭圆偏振法和旋光法的主题的详细摘要例如可在j.nanopart. res. (2009) 11: 1521-1554中找到并且不再进一步阐释。
8.例如，在us6,912,056b2中给出了用于测量基底上的多层的装置和方法。所述装置包含用于测量反射光的测量单元，其中，反射光已被基底反射，在所述基底上构造所述多层。利用输入单元输入多个配方数据，其中多个配方数据的每个配方数据相应于多个假设的多层，其中，假设的多层之一开始时假定为这样的多层，即该多层实际构造在基底上。控制单元计算多个理论光谱，其中每个理论光谱说明假设的多层的每个部件层的至少一个厚度，所述假设的多层被假定为如下多层，所述多层实际构造在基底上(在使用多个配方数据中的一组配方数据的情况下)，其中，将所测量的光谱与多个理论光谱相比较，从而确定多层的临时厚度。所计算的临时厚度必须处于允许范围内，否则在改变配方数据之后重复临时厚度的选择。物理信息包含每个部件层的折射率和消光系数。
9.us7,196,793b2还使用利用光谱椭圆偏振法测量的数据，例如辐射的偏振变化(和)，并将所述数据与模拟光谱进行比较，以便将薄的双层系统表征到基底
上。在模型中一直适配(拟合,英文：fitting)模拟光谱，直到获得在模拟值(和)与测量值(和)之间的最小差异，其中，(多个)层厚度d
(best)
和入射角φ
(best)
是变化的。
10.在us7,289,219b2以及us7,502,101b2中，偏振散射法用于测量晶片或半导体元件上的周期性结构的临界尺寸。
11.在us7,268,876b1中，最小化算法通过非线性回归或根据levenberg-marquardt方法而用于借助光谱椭圆偏振法在合适地方要么表征样品最外层的去除要么表征样品最外层的沉积。
12.在zhu, r.、brueck, s.r.j.、dawson, n.、busani, t.、joseph, p.、singhai, s.和sreenivasan, s.v.的“scatterometry for nanoimprint lithography(用于纳米压印光刻的散射测量)”中，真空科学与技术杂志b，2016年第34卷第06k503期，可变角度支持的散射法用于表征利用纳米压印光刻制造的结构。这些结构是线栅偏振器(wgp)和感光胶栅格。rcwa算法用于建立模型。
13.在patrick, h.j.、germer, t.a.、ding, y.、ro, h.w.、richter, l.j.、soles, cl.的“scatterometry for in situ measurement of pattern reflow in nanoimprinted polymers(用于原位测量纳米压印聚合物中图案回流的散射测量)”，应用物理快报，2008年第93卷第233105期，光谱椭圆偏振法用于表征利用nil制造的由聚苯乙烯构成的栅格结构。
14.该方法用于探测热处理(退火,英文：annealing)之后的结构变化。rcwa算法用于建立模型。将结果与afm测量进行比较。
15.反射椭圆偏振法在半导体工业中主要在薄层的测量方面被确立，并且因此对其进行简要阐释。在现有技术中通常表征单层。此处，例如，在三相系统基底/层/空气处测量线性偏振的、平行的和单色的光的反射。在三相系统中，反射和折射发生在两个界面处。当在(多)层系统处反射时，必须考虑在每个单个的相边界处的反射和折射。由描述偏振变化的可测量的椭圆特征参量（损耗角ψ和相位差δ），可以要么计算层系统的材料特定的复折射率
ñ
或层厚度。透射椭圆偏振法用于测量光学特性。由于椭圆偏振法非破坏性地工作，因此这种方法特别适用于过程控制。
16.与单色椭圆偏振法相比，对可变角度支持的光谱椭圆偏振法(vase)而言存在宽的波长覆盖范围。由于大量数据或信息，可以计算出更精确的模型。利用vase，对于有机以及无机材料可以尤其是测量或计算以下参数：-层厚度，从亚纳米到数微米-表面粗糙度-折射率-电导率-吸收-聚合状态-混合物成分-缺陷-光学各向异性-材料掺杂-形态。
17.然而，在现有技术中，主要测量单个的薄的透明或半透明的层或两层系统。如果研究多层系统，则不出现结构化的表面。由于复杂性，在现有技术中要么测量多层系统要么测量周期性结构。对于多层系统，在现有技术中，光滑表面是前提。现有技术中的其它问题通常是来自复杂样品的测量的模拟精度不足。如果结构还具有更复杂的结构形式，那就更难了。那么，测量和模拟的适配总还是问题。


技术实现要素：

18.本发明的要解决的任务在于，消除现有技术的问题并且尤其是给出用于测量多层基底的改进的方法和改进的装置。
19.所述任务通过并列权利要求的主题来实现。本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中给出。在说明书、权利要求书和/或附图中给出的至少两个特征组成的所有组合也落入本发明的范围内。在所给出的值范围的情况下，处于所提及的界限内的值也应作为限值公开，并且能以任意组合要求保护。
20.本发明涉及一种用于测量多层的基底的方法，所述基底尤其是具有带有临界尺寸的至少一个结构，所述基底尤其是具有带有临界尺寸的表面结构，其中，所述方法至少具有以下步骤，尤其是以下过程：-制造具有多个层的基底，所述基底尤其是具有结构，尤其是在最上层的表面上具有结构，其中，所述层和尤其是所述结构的尺寸是已知的，-利用至少一种测量技术测量所述基底，和尤其是所述结构，-利用来自所述基底的测量的测量结果创建所述基底的模拟，-将所述测量结果与来自所述基底的模拟的模拟结果进行比较，-如果所述测量结果与所述模拟结果存在偏差，则优化所述模拟并利用来自所述基底的测量的测量结果重新创建所述基底的模拟，或者如果所述测量结果相应于所述模拟结果，则利用所创建的模拟计算另外的基底的参数。
21.有利地，所创建的模拟可以用于优化所期望的层厚度、结构和材料。
22.本发明还涉及一种用于测量多层的基底的装置，所述基底尤其是具有带有临界尺寸的至少一个结构，所述基底尤其是具有带有临界尺寸的表面结构，所述装置具有：-用于利用至少一种测量技术测量所述基底和尤其是所述结构的器件，-用于利用来自所述基底的测量的测量结果创建所述基底的模拟的器件，-用于将所述测量结果与来自所述基底的模拟的模拟结果进行比较的器件，-用于优化所述模拟并利用来自所述基底的测量的测量结果重新创建所述基底的模拟的器件，-用于通过借助基于来自另外的基底(1,1',1'')的测量的测量结果创建的模拟重建层参数和/或结构参数来评价和优化另外的基底(1,1',1'')的器件。
23.有利地，可以测量薄的透明或半透明的层或两层系统或多层系统，其中，也可以测量结构化的表面。由此，能以高精度测量复杂的基底。
24.尤其是提出，通过测量和模拟的组合来提供层参数和结构参数的同时重建。通过添加多个测量变量和/或多个测量方法，信息内容增加。这种组合的测量方法优选与rcwa一起用作计算方法，并且通过获取关于衍射和相的信息以及形态信息实现表征包含多个层以及结构的复杂样品。新使用的方法以真实的计算能力以及在过程监测中可接受的短的计算时间提供结果。
25.用于电磁模拟的备选的计算方法是例如fdtd方法(有限差分时域)和fe方法(fem有限元方法)。
26.优选地，测量技术是以下技术中的至少一种、优选正好一种：-在反射或透射模式下vuv-uv-vis-nir可变角度支持的光谱椭圆偏振法(vase)。测量范围从真空紫外(vuv)延伸到近红外(nir)，从146nm延伸到1700nm。
[0027]-在反射或透射模式下ir可变角度支持的光谱椭圆偏振法(vase)。光谱测量范围在此从1.7μm延伸到30μm。
[0028]-(偏振)反射法；-(偏振)散射法；
‑ꢀ
uv-vis光谱法；
‑ꢀ
thz光谱法。
[0029]
这些测量技术在现有技术中是已知的并且不详细进行阐释。特别是在红外或中红外(mir)范围内，除了反射测量或透射测量外，还可以在atr模式(衰减全反射)下进行带有衰减全反射的测量(atr光谱法)。
[0030]
具有光谱椭圆偏振法的配置方案是优选的配置方案并且在根据本发明的第一实施方式中用作第一测量技术。
[0031]
优选地，改变和测量入射角和/或波长和/或偏振状态。
[0032]
优选地，使用rcwa(严格耦合波分析,英文：rigorous coupled-wave analysis)以用于创建模拟。
[0033]
优选地，根据本发明仅使用一种测量技术，其中，改变和测量独立的测量变量，入射角和波长以及偏振状态。
[0034]
在另一种实施方式中，在该另一种实施方式中要研究的系统不太复杂，角度不改变。
[0035]
在根据本发明的第三实施方式中，在该第三实施方式中要研究的系统非常复杂，除了可变角度支持的光谱椭圆偏振法之外，还使用第二测量技术，并且如果需要，还使用第三测量技术等。组合哪些和多少种测量方法取决于要研究的基底，并且必须在模型建立的过程中情况特定地进行选择。根据本发明，波长分辨和角度分辨的测量方法、如散射法或椭圆偏振法的组合导致模拟的更高的准确度。
[0036]
可以在宽的光谱范围内确定以下光学特性：-折射率(n)；-消光系数(k)；-介电函数的实部和虚部(ε1,ε2)；-吸收系数(α)；-复光导率的实部和虚部(σl,σ2)；-光学各向异性。
[0037]
这些光学特性对于本领域技术人员来说是已知的并且不详细进行阐释。
[0038]
优选地，用于测量的器件包括至少一个光学机构，尤其是椭圆偏振仪和/或反射仪和/或散射仪和/或光谱仪。
[0039]
优选地，所述装置具有至少一个数据处理单元和至少一个数据处理系统，用于处理和存储从用于测量基底的器件获取的数据。
[0040]
优选地，用于测量的器件具有至少一个辐射源、尤其是激光或宽带辐射源、至少一个单色器、至少一个偏振器、至少一个补偿器、至少一个基底保持器、至少一个分析器和至少一个探测器，其中，所述至少一个偏振器实现调整所选择的椭圆偏振状态，尤其是线性或圆形。
[0041]
优选地，所有用于测量所述基底的器件都布置在所述装置中。
[0042]
方法步骤尤其是，本发明描述了一种用于表征具有(表面)结构化部的多层系统的方法，所述方法具有多个步骤：在第一步骤中，对于所选择的已知的系统(以下也称为基底)，即所制造的样品，执行足够多数量的测量。样品可以是具有或不具有结构或表面结构化部的多层系统。根据本发明，尤其是执行波长分辨和/或角度分辨的测量，其中，测量和改变偏振状态。
[0043]
根据复杂性，利用至少一种测量技术来测量(多个)所选择的样品，其中，用于执行不同测量技术的所有部件优选存在于根据本发明的装置中。在需要时，可以更换、添加或移除单个的设备部件。通过添加多种测量方法，所记录的参考签名的信息内容增加。在一种备选的不太优选的实施方式中，要测量的样品被转移到另一测量装置中，从而可以利用不同的测量技术执行另外的测量。
[0044]
根据本发明，用于获取信息的合适的测量技术尤其是散射法、椭圆偏振法、反射法、光谱法和/或衍射法。例如，可以在测量光束的可变偏振的情况下、在改变入射角的情况下和在改变波长的情况下执行测量。根据本发明，尤其是波长分辨和角度分辨的测量方法的组合导致模拟的更高的准确度。此外，根据样品类型和测量方法，不仅可以在反射模式下执行测量，而且可以在透射模式下执行测量，以获得附加的信息和数据。
[0045]
测量技术也根据层系统的各个层的光学特性来选择。例如，在特定的波长范围中，层可以基本上是透明的，而一个或多个另外的层更强烈地吸收或反射。
[0046]
在进一步的步骤中，根据所记录的数据优选地利用rcwa(严格耦合波分析)作为计算方法创建合适的模型。在此，新开发的复杂模拟算法用于建立模型。通过对于已知的样品执行在测量结果和模拟结果之间的比较，所述模拟可实现考虑计量学中的各种影响。为此，执行模型支持的测量。如果被测量的样品由多个层和(表面)结构组成，则系统的复杂性和要确定的参数的数量提高。
[0047]
根据本发明，测量、模型建立或模型优化和模拟的重复步骤是需要的。如果测量结果和模拟结果不在允许范围内相一致，则必须进一步优化模型。如果测量结果和模拟结果在允许范围内相一致，则模拟可用于分析其它样品。
[0048]
具有光谱椭圆偏振计的配置方案、例如vase根据本发明是优选的配置方案并且在根据本发明的第一实施方式中用作第一测量技术。对于要表征的每个系统，必须单个地确
定使用哪种测量方法和使用多少种测量方法。测量方法必须提供对许多感兴趣的参数敏感的实验测量数据，而不存在参数的过高的相关性。针对参数的示例例如对于表面结构而言是高度和宽度以及对于第n层而言是层厚度。
[0049]
rcwa用于计算栅格衍射(gitterbeugung)，其中，将样品划分成多个单个的层。根据本发明，rcwa算法可实现确定所研究的结构的临界尺寸。所述临界尺寸例如是结构的高度或深度、结构的宽度和长度、角度(例如侧壁角度)、(多个)剩余层厚度和表面粗糙度。所述测量可以针对正周期结构和/或针对负周期结构执行。
[0050]
如果在要表征的基底中特定的参数变化，则这些变化必定引起在光谱记录方面的变化。如果不同的参数引起实验记录发生相同的变化，则相关性过高，并且不能或几乎不能进行唯一的配属。然后必须还进一步优化(多个)测量技术的选择。与未知参数的可能的相关性是模型建立中的另一个挑战。要研究的样品的制造过程中的高的重复精确度在此是前提。
[0051]
根据本发明，尤其是执行相关性分析和敏感性分析，以便根据所执行的测量来评估重建的品质。
[0052]
在进一步的步骤中，优化的模型用于表征未知样品，其中，样品必须已经配属给已知的样品系统。通过在测量的和模拟的光谱之间的比较来进行层和结构尺寸的重建。模拟的光谱用作用于重建所寻求的参数的数据组。
[0053]
这些参数例如是：-层厚度，从亚纳米到数微米-表面粗糙度-折射率-电导率-吸收-聚合状态-混合物成分-缺陷-光学各向异性-材料掺杂-形态-所研究的结构的临界尺寸。所述临界尺寸例如是结构的高度或深度、结构的宽度和长度、角度(例如侧壁角度)、(多个)剩余层厚度和表面粗糙度。
[0054]
所开发的优化模型不仅用于计算其它类似基底和类似(层)材料的所期望的参数，而且用于优化所期望的层厚度、结构和材料。由此，例如可以利用根据本发明的模型根据期望的参数参量来优化层厚度或结构尺寸。
[0055]
具有多层系统和/或(表面)结构化部的基底如下基底被成为样品，所述基底已经利用半导体工业中已知的方法加工或处理，尤其是覆层和/或压印和/或粘合和/或蚀刻和/或利用等离子处理和/或利用光例如激光处理等。主印模、工作印模和微流体组件也被理解为样品。
[0056]
基底或半导体基底理解为半导体工业的还没有分开的半成品，尤其是圆形的半成
品。基底也被理解为晶片。尽管基底可以具有任何任意的直径，但基底直径尤其是为1英寸、2英寸、3英寸、4英寸、5英寸、6英寸、8英寸、12英寸、18英寸或大于18英寸。在特殊的实施方式中，基底也可具有矩形外形或至少与圆形外形不同的形状。
[0057]
要表征的样品尤其包含以下一个或多个部分和/或覆层：-漆，尤其是光刻胶(photolacke)；-防粘层(asl,英文：anti-sticking layer)；-第一层，例如增附剂层(底层涂料,英文：primer)；-聚合物层；-用于压印和纳米压印方法的工作印模材料(软印模材料或硬印模材料)；-主印模材料；-通过电子束光刻和/或化学蚀刻工艺制造的结构化的主印模或硬印模以及结构化的硬材料；-具有被压印的结构的层；-结构化的覆层；-半导体层；-氧化物层。
[0058]
根据本发明的方法不限于上文提及的样品，并且通常适用于具有或不具有带有临界尺寸的结构化部的多层系统，只要可以利用根据本发明的测量技术中的至少一种测量技术(椭圆偏振法、散射法、光谱法、衍射法和反射法)来测量样品。
[0059]
优选的应用除了确定层厚度和具有临界尺寸的结构之外，分析方法(尤其是rcwa)还可用于以下应用：-多层系统的表征；-错误分析和错误识别(失灵分析)；-防粘层和第一层的表征；-材料例如漆、工作印模材料、第一层、防粘材料等的化学稳定性的监视；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的磨损或分解的监视；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的由环境引起的磨损的监视；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的氧化过程或还原过程的监视；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的化学成分的表征；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的辐射稳定性的表征；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的热稳定性的表征；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的(老化)耐久性的
表征；-材料例如漆、工作印模材料、主印模材料、第一层、防粘材料等的电导率的表征；-漆、工作印模材料和一般而言压印料的固化度的表征；-材料例如漆和工作印模材料的可混合性的表征；-混合的表征和分离的监视；-材料的各向同性的表征；-例如漆覆层、工作印模材料层、主印模材料、第一层、防粘覆层等的覆层过程和层形成和/或膜形成的监视；
‑ꢀ
1d、2d、3d衍射光学元件(doe)(直接印刷到透明基底上或聚合物主版上)、压印的nil结构、工作印模、热压印的纳米结构、光刻结构、具有临界尺寸的微流体组件的表征；-结构化的主印模、结构化的硬印模和结构化的硬材料的表征和测试，其通过电子束光刻和/或化学蚀刻工艺制造；-具有临界尺寸的结构的空间均匀性的表征；-层形成和层生长机制(例如volmer-weber生长等)的表征；-1d、2d和/或3d衍射光学元件(doe)、压印的nil结构、工作印模、热压印的纳米结构、光刻结构、具有临界尺寸的微流体组件的收缩行为的表征；-1d、2d和/或3d衍射光学元件(doe)、压印的nil结构、工作印模、主印模、热压印的纳米结构、光刻结构、具有临界尺寸的微流体组件上的附加覆层的表征；-针对1d、2d和/或3d衍射光学元件(doe)、压印的nil结构、工作印模、主印模、热压印的纳米结构、光刻结构、具有临界尺寸的微流体组件的清洁过程的监视和表征；-在1d、2d和/或3d衍射光学元件(doe)、压印的nil结构、工作印模、主印模、热压印的纳米结构、光刻结构、具有临界尺寸的微流体组件和其它多层系统中的缺陷（例如空气夹杂）的识别；-原位蚀刻工艺的表征。
[0060]
更一般地说，根据本发明的方法可用于对利用多层系统和/或结构化部制造的样品进行品质控制。例如，表征用于纳米压印光刻的工作印模的品质。这些工作印模可以由具有不同厚度和材料的多个层组成。所述层中的一个层是结构化的(例如软印模材料层)。在此，多个参数可分别与品质相关。可以直接在制造之后执行品质控制和/或在特定的时间间隔后执行品质控制，以为了控制磨损或老化，例如在使用中。
[0061]
根据本发明的方法可用于优化制造过程，以用于监视所制造的产品直到可再现地达到所期望的特性、即参数。所选择的参数的空间均匀性例如也可以利用根据本发明的方法确定并用作选择标准。
[0062]
根据本发明的应用不限于上文提及的多层系统(具有或不具有结构化部)。
[0063]
装置所述装置包括光学机构，例如椭圆偏振仪和/或反射仪和/或散射仪和/或光谱仪，以及用于处理和存储从光学机构获取的数据的数据处理单元或数据处理系统。
[0064]
光学机构的重要的部件是：至少一个辐射源(例如激光或宽带辐射源)、至少一个单色器、至少一个偏振器、至少一个补偿器、样品保持器、至少一个分析器和至少一个探测器。偏振光学器件实现调整所选择的椭圆偏振状态(线性、圆形等)。测量不限于反射，且也
可以在透射或atr模式下执行。对于atr测量，用于基底和/或atr晶体和atr光学器件的相应atr保持件作为附加或备选部件添加。
[0065]
根据本发明，尤其是执行波长分辨和角度分辨的测量，其中，偏振状态可以改变。如果要研究的系统不太复杂，则角度不改变，因为波长和偏振状态作为信息是足够的。
[0066]
具有光谱椭圆偏振仪的配置方案（其中，优选选择可变角度支持的光谱椭圆偏振法）根据本发明是优选的配置方案并且在根据本发明的第一实施方式中用作第一测量技术。
[0067]
根据复杂性，可以利用多种测量技术来测量所选择的样品，其中，用于执行不同测量技术的所有部件优选地存在于根据本发明的装置中。在需要时，可以更换、添加或移除单个的设备部件。根据本发明，通过添加多种测量方法，所记录的参考签名的信息内容增加。在一种备选的实施方式中，要测量的样品在另一个测量装置中被转移，从而可以利用不同的测量技术执行另外的测量。
[0068]
椭圆偏振仪的典型部件例如是光源、偏振器、可能的补偿器(例如λ/4板)、样品保持器、分析器(如果需要单色器)和探测器。
附图说明
[0069]
本发明的其它优点、特征和细节由下面对优选的实施例的描述以及借助附图得出。其在如下中示出：图1a：具有根据本发明的方法的示例性实施方式的方法步骤的流程图，图1b：具有示例性的根据本发明的方法的方法步骤的流程图，图2a：具有多层系统和带有正周期结构的表面结构化部的基底的横截面图，图2b：具有多层系统和带有负周期结构的表面结构化部的第二基底的横截面图，图2c：具有多层系统和带有正周期梯形结构的表面结构化部的第三基底的横截面图，图2d：对周期性的结构的四个示例性实施方式的俯视图(7矩形，7'''线形，7
iv
圆形和7v不规则形状)，图3：在示例性实施方式中的根据本发明的装置的光学部件的示意图。
具体实施方式
[0070]
在附图中，相同的构件或具有相同功能的构件用相同的附图标记表示。为了改善示图，图2和3未按正确比例示出。
[0071]
图1a示出根据本发明的方法的流程图。对于已知的样品(具有结构化部的多层系统)，执行在测量结果和模拟结果之间的比较。在此，测量120、模型建立130或模型优化140和重新模拟的重复的方法步骤是必要的。
[0072]
在第一方法步骤110中，制造具有多个薄层和(表面)结构化部的基底(下面也称为样品)。因此，要研究的系统是已知的并且用于模型建立和优化。在需要时，制造多个精确已知的参考基底，并且测量结果用于验证和优化已开发的模拟模型。
[0073]
在第二方法步骤120中，以限定的入射角利用电磁辐射照射基底并且例如根据波数和/或角度测量反射的辐射。所述测量不限于反射，并且也可以在透射中执行。可以使用
多个测量技术以提高计算方法的可靠性和/或准确性。用于获取信息的合适的测量技术尤其是散射法、椭圆偏振法、反射法、光谱法和/或衍射法。这些不同的测量技术尤其基于在微米和/或(亚)纳米结构化的样品处反射或衍射的光的测量作为设备参数、例如入射角或光波长的函数，其中，利用了所测量的参量的偏振相关性。类似地，多层系统的各个层也直接或间接地通过光在界面处的反射和/或衍射和/或散射来检测。
[0074]
根据已知的、限定的样品的各个层的层厚度和折射率，为了开发模拟模型，要么在制造完成后测量整个多层系统，要么逐步制造每个单个的层并且依次对其进行测量。
[0075]
在第一实施方式中，多层系统的各个层具有超过20nm(大于或等于20nm)的层厚度并且各个层的折射率是已知的。在该实施方式中，在制造完成后对整个多层系统进行测量。例如，用于具有结构化的压印层的压印或纳米压印光刻的压印印模。
[0076]
在第二实施方式中，样品包含具有已知折射率的、层厚度低于20nm的非常薄的层。对于非常薄的层，尤其是层厚度在低纳米范围到亚纳米范围内的层，在制造在其之上的下一层之前，制造和测量每个单个的层。在该实施方式中，在每一个层施覆、例如对asl层进行层施覆之后测量样品。样品的逐层测量的所有测量数据都被考虑用于模型建立。
[0077]
在需要时，根据折射率和现存的材料信息，具有超过20nm的层厚度的层也可以在样品的制造过程期间被单个测量。
[0078]
在第三实施方式中，样品包含具有超过20nm的层厚度但具有未知折射率的中间层。在该实施方式中，在施覆具有超过20nm的层厚度的各个层之后分别执行测量，以及在制造完成之后对整个多层系统执行测量。
[0079]
在椭圆偏振法中，偏振变化借助可测量的椭圆偏振特征参量——损耗角ψ和相位差δ——来描述。由于不能直接利用ψ和δ确定光学参数，因此必须为要研究的样本系统开发参数化模型。为了计算光与多层系统以及纳米结构和微结构的相互作用，根据本发明优选使用rcwa(严格耦合波分析,英文：rigorous coupled wave analysis)作为计算方法。rcwa用于计算栅格衍射，其中，将样品划分成多个单个的层。该模型概念已根据本发明进一步开发和补充。
[0080]
根据本发明的扩展方案有利地实现了利用来自方法步骤130的模拟模型同时评价多层系统以及结构处的入射的(平面的)波的衍射。有利地，多层系统和非平面层、即结构以非常高的可靠性和准确性利用椭圆偏振法通过使用偏振光确定。
[0081]
在第三方法步骤130中，所选择的测量变量的数据组用于建立模型，从而可以计算具有(表面)结构化部的多层系统的模拟。在此，在实验数据与模拟数据之间的偏差应尽可能小(140)。对于例如图2a中所示的具有多个层和表面结构化部的根据本发明的复杂系统，在根据本发明的方法中开发的模型可以正确地物理上描述样品。因此，实现了具有高的可靠性的模拟。
[0082]
对于在步骤110中制造的已知的样品，在第四方法步骤140中执行在测量结果和模拟结果之间的比较。在此，测量、模型建立或模型优化(模型拟合)和重新模拟的重复步骤是必要的。平衡的目的是：模型、即所生成的数据组尽可能适配所测量的数据组(即实验数据)。如果这(还)不是这种情况，则在方法步骤130中进一步优化模型。如果这是这种情况，则可以在方法步骤150中使用所开发的模型来确定期望的参数。
[0083]
在需要时尤其是在通用模型系统的开发中可以附加地考虑所开发的模型系统的
数学分析。
[0084]
图1b示出在应用完成的根据本发明的模拟模型用于具有(表面)结构化部的多层系统时根据本发明的方法的流程图。在此，在系统优化后，开发的模型可供用于惯例模拟。系统参数是固定的。根据本发明在方法步骤120中测量已知的样品、即平面和/或非平面(即结构化的)层的数量且层材料已知，并且在比较实验数据组和所生成的数据组(140)之后，确定所期望的参数(150)。
[0085]
图2a示出根据本发明的具有多个薄的覆层3-6以及表面结构化部7的基底2的横截面图。覆层的数量和厚度不限于图2a至图2c中的实施方式。覆层的厚度未按正确比例示出以改善示图。图2a至2c示出具有不同表面结构化部7,7',7''的类似的实施方式。最后的覆层6,6',6''可以例如由已借助光刻或纳米压印光刻而结构化的感光胶或压印料组成。结构7,7',7''具有纳米范围内的尺寸。结构化的覆层的表面6o,6'o,6''o限定了剩余层厚度。
[0086]
图2a示出具有带有正周期结构7的表面结构化部的多层系统1。
[0087]
图2b示出具有带有负周期结构7'的表面结构化部的多层系统1'的另一种实施方式。
[0088]
图2c示出具有带有正周期梯形结构7''的表面结构化部的多层系统1''的第三实施方式。
[0089]
如果表面被结构化成具有微结构和/或纳米结构和/或亚纳米结构，则入射光可打到这些(大部分)周期性的广阔的结构上，所述结构可以是光学衍射栅格。所研究的结构7,7',7''的临界尺寸包括结构的高度或深度、结构的宽度以及长度、角度，例如侧壁角度、(多个)剩余层厚度和表面粗糙度。
[0090]
图2d以多个局部的俯视图比较性地示出样品的另外的可能的根据本发明的表面结构化部7,7''',7
iv
和7v。根据本发明，开发了如下模型，所述模型实现可靠地表征具有根据图2a至2d中的结构的(表面)结构化部的复杂的多层系统。结构7是四边形、尤其是正方形。结构7''是周期性的、广阔的线性的结构。在根据本发明的另一种实施方式中，结构7
iv
是圆形的。即使具有更复杂或不规则的结构形状的结构、例如图2d中的结构7v，对于根据本发明的方法也不构成问题，并且在模型建立中被检测并正确再现。所述结构化不限于所示的实施方式。
[0091]
根据本发明，具有结构化部的非平面层是多层系统1、1'、1''的最上层6,6',6''。在备选的实施方式中，具有结构化部的非平面层处于多层系统中的两个层之间。例如，在压印之后，结构化的压印料被涂覆asl覆层，以用于作为工作印模应用。在另一种备选的实施方式中，多层系统包含超过一个具有结构化部的非平面层。
[0092]
图3示出装置13的根据本发明的第一实施方式的光学部件。偏振器(p)9将辐射源8的非偏振光转换成线性偏振光。在于样品1处反射之后，辐射穿过分析器(a)10。电磁辐射在于样品1处反射时呈椭圆偏振。分析器10再次改变反射的电磁辐射的偏振，所述电磁辐射然后打在探测器(d)11上。在优选的第一实施方式中，使用多色辐射源，从而在测量方法中使用所选择的波长范围。在一种备选的实施方式中，使用单色辐射，其中，优选使用激光作为辐射源。多个辐射源可以同时存在于所述装置中和/或可以在需要时更换。
[0093]
其它光学部件例如是滤光器、补偿器(例如λ
⁄
2板)、单色器和不同的光学可变的衰减器，其可在需要时根据测量技术和/或波长范围被使用。这些部件对于本领域技术人员
而言是已知的并且不详细进行描述。
[0094]
根据本发明的测量技术在光学部件的布置和类型方面有所不同。例如，分析器10可以构造成旋转的。
[0095]
与单色椭圆偏振法相比，对可变角度支持的光谱椭圆偏振法(vase,有时也称为变角度椭圆偏振光谱法)而言存在宽的波长覆盖范围。由此增加了测量数据的信息含量和模拟的准确性。测角仪实现可变的角度测量。波长分辨测量和角度分辨测量的组合是优选的实施方式并且根据本发明导致模拟的更高的可靠性。根据本发明，利用vase作为优选的测量技术来执行这种组合。
[0096]
此外，根据样品类型和测量方法，测量不仅可以在反射模式下执行，而且可以在透射模式下执行，以便在需要时获得附加的信息和数据。
[0097]
根据本发明的装置13包括光学机构和用于处理和存储从光学机构获取的数据的数据处理单元12。
[0098]
接纳装置(未示出)用于接纳和固定样品或基底。在一种特别的实施方式中，接纳装置可以根据需要沿z方向运动。此外，接纳装置的旋转和/或倾斜是可能的。
[0099]
接纳装置可在0
°
c至1000
°
c之间、优选在0
°
c至500
°
c之间、更优选在0
°
c至400
°
c之间、最优选在0
°
c至350
°
c之间的温度范围内加热和调温。备选地，接纳装置也可以利用冷却装置冷却。例如，在第一实施方式中，接纳装置可以在-196℃和0℃之间的温度范围内被冷却。接纳装置的温度可以利用温度调节组件进行调整。接纳装置可以附加地具有如下传感器(未示出)，借助所述传感器可测量物理特性和/或化学特性。例如，这些传感器可以是温度传感器。
[0100]
在接纳装置的另一种优选的亦或独立的实施方式中，接纳装置包含允许在液体下测量的液体池。在一种特定的实施方式中，液体池是流通池。因此，可以在液态环境中测量具有或不具有(表面)结构化部的多层系统。根据本发明，利用液体池可在一种特定的应用中表征多层系统的电化学响应。为此，液体池也可以结构设计为具有参考电极、配对电极和用于光谱椭圆偏振测量的光学窗口的电化学电池。
[0101]
根据本发明的装置13也可以有利地在真空中或在环境压力中在气体气氛下运行。气体气氛优选为惰性气体气氛，例如氮气(n2)。由此，可以研究具有例如对湿度或氧气敏感的结构化部的多层系统。
[0102]
根据本发明的装置13优选可以被抽真空和加热。所述装置具有用于引入一种或多种气态组分的器件。装载装置、优选闸口允许装载样品。在一种备选的实施方式中，所述装置可以如此构建，使得可以原位执行测量。
[0103]
代替图3中所示的实施方式，可以设想备选实施方式，所述实施方式尤其实现光谱测量方法和/或椭圆偏振测量方法或散射测量方法的组合。根据本发明已经提到的所有测量技术都是可设想的。
[0104]
计算机辅助数据处理系统12存储和处理从光学机构获取的数据，以用于利用根据本发明进一步开发的模拟算法来模拟根据本发明的多层系统(具有或如有可能不具有结构化部)。根据本发明的模拟模型首次实现利用所提出的方法同时且以高的可靠性检测以及表征多个薄层和(表面)结构化部。
[0105]
附图标记列表
1,1',1''
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具有(表面)结构化部的基底/多层系统2
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具有折射率ns的基底基本材料3
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具有折射率n1的第一层4
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具有折射率n2的第二层5
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具有折射率n3或nn的第三层(第n层)6,6',6''
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具有表面结构化部和折射率no的最上层6o, 6'o,6''o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
最上层的表面7,7',7'',7''',7
iv
,7vꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
结构8
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辐射源9
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偏振器10
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分析器11
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探测器12
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控制和计算单元13
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根据本发明的光学装置110
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方法步骤120
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方法步骤130
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方法步骤140
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方法步骤150
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方法步骤。