CN101154055B - 用于角分辨光谱光刻描述的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

第一衍射级和第0衍射级都在散射仪中被检测。所述第一衍射级用于检测重叠误差。所述第0衍射级用于标记量值大于偏置但小于光栅的间距的检测值是否是错误的重叠误差计算。

Description

用于角分辨光谱光刻描述的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种检测用的方法(例如,在采用光刻技术的器件制造中),以及采用光刻技术制造器件的方法。
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(recticle)的图案形成装置用于产生待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如,硅晶片)上的目标部分(例如,包括一个或几个管芯的一部分)。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,单个的衬底将包含连续被形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括步进机,在所述步进机中,通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来照射每一个目标部分;以及扫描器,在所述扫描器中,通过沿给定方向(“扫描”方向)用辐射束扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来照射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上,而将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底。
为了确定衬底的特征(诸如它的对准等),例如在对准目标处将辐射束反射出衬底的表面,以及在反射束的照相机上生成图像。通过比较在辐射束被反射出衬底前后的辐射束的特性,能够确定衬底的特性。例如,这能通过将反射束与存储在与公知的衬底特性相关的公知测量库中的数据进行比较来进行。
这样的照射目标和从反射的辐射中采集数据的系统经常用于照射多个重叠的图案(例如光栅)。第二图案相比第一图案具有预定的偏置。通过分析反射的辐射的特征,能够确定图案之间的重叠误差(overlay error)OV。
对反射辐射的更高的衍射级的特征的分析能用于确定小的重叠误差(例如±20nm级)。相似地,光栅的间距级次的误差能用在申请号为11/455,942的美国专利申请中描述的方法进行检测。然而,小于光栅之间的间距(通常为400nm-1μm)而大于光栅之间的偏置(通常为5-20nm)的重叠误差有时检测不到。图4示出一个这样的例子,其中左上方图示出采用TM偏振光(实线)和TE偏振光(虚线)照射。在这个例子中,存在±15nm的光栅之间的预定偏置。由开圆所示的由第一对重叠的光栅导致的不对称表示(正确)重叠误差为0。然而,由第二对重叠的光栅导致的不对称(由实点表示)也表示重叠误差为0,当正确的重叠误差为70nm时,该重叠误差为不正确的。
因此,这些大于光栅的偏置但小于光栅的间距的重叠误差有时检测不到。
发明内容
本发明旨在提供一种用于识别错误的低重叠计算的方法。
根据本发明的一个实施例,测量衬底特性的方法包括采用辐射投影仪(radiation projector)将辐射投影到衬底上;并检测反射的辐射的第0级和第±n级,其中n≥1,并且反射的辐射表示将测量的特性。所述辐射被投影到多个重叠的图案上,并且检测器检测多个重叠图案之间的重叠误差。来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
根据本发明的另一个实施例,构造用于测量衬底特性的散射仪包括:辐射投影仪,所述辐射投影仪被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;检测器,其被构造用于检测反射自衬底表面的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及数据处理单元,其被构造用于基于0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差。来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
根据本发明的再一个实施例,提供一种包括检查设备的光刻设备,所述检查设备包括:辐射投影仪,其被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;检测器,其被构造用于检测自衬底表面反射的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及数据处理单元,其被构造用于基于第0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差。来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
根据本发明的还一个实施例,提供一种光刻设备,包括:照射系统,其被构造用于调节辐射束;支撑结构,其被构造用于支撑图案形成装置,所述图案形成装置被构造用于在辐射束的横截面上赋予图案;衬底台,其被构造用于保持衬底;投影系统,其被构造用于将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上;以及检查设备。所述检查设备包括:辐射投影仪,其被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;检测器,其被构造用于检测自衬底表面反射的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及数据处理单元,其被构造用于基于第0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差。来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
附图说明
现在仅作为示例,参照示意性附图描述本发明的实施例,其中相应的附图标记表示相应的部件,并且其中:
图1a示出光刻设备;
图1b示出光刻单元(cell)和簇(cluster);
图2示出散射仪;
图3示出测量高数值孔径透镜的光瞳面上的角分辨谱的主要操作原理;以及
图4为一系列图表,示出对于不同的重叠误差的第±1衍射级和0衍射级的强度。
具体实施方式
图1示意性示出光刻设备。所述设备包括照射系统(照射器)IL,其被构造用于调节辐射束B(例如,紫外线辐射或极紫外线辐射)。支撑结构(例如,掩模台)MT被构造用于支撑图案形成装置(例如,掩模)MA,并且与第一定位器PM相连,所述第一定位器PM被构造用于根据确定的参数对所述图案形成装置进行精确的定位。衬底台(例如,晶片台)WT被构造用于保持衬底(例如,涂有抗蚀剂的晶片)W,并且与第二定位器PW相连,所述第二定位器PW被构造用于根据确定的参数对所述衬底进行精确的定位。投影系统(例如,折射式投影透镜系统)PL被构造用于通过图案形成装置MA将被赋予所述辐射束B的图案投影到所述衬底W的目标部分C(例如,包括一个或更多管芯)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、磁型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合,以导引、成形、和/或控制辐射。
所述支撑结构支撑所述图案形成装置(例如承受其重量)。它按照依赖于所述图案形成装置的方位、所述光刻设备的设计、以及其他条件的方式(例如,是否将图案形成装置保持在真空环境中),来保持所述图案形成装置。所述支撑结构可以使用机械、真空、静电、或其他夹持技术以保持所述图案形成装置。所述支撑结构例如可以是框架或台子,其根据需要可以是固定的或是可移动的。所述支撑结构可以确保所述图案形成装置处于所需位置(例如相对于所述投影系统)。这里“掩模版”或“掩模”的任何使用可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
应该将这里使用的术语“图案形成装置”广义地解释为能够用于将图案赋予在辐射束的横截面上、以便在所述衬底的目标部分中创建图案的任意装置。应该注意的是,被赋予所述辐射束的所述图案可能不完全地与所述衬底的目标部分中的所需图案相对应,例如,如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常,被赋予所述辐射束的所述图案将与在所述目标部分中创建的器件中的具体功能层相对应,例如集成电路。
所述图案形成装置可以是透射式的或是反射式的。图案形成装置的示例包括:掩模、可编程反射镜阵列、和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的,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排列,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。所述倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束中。
应该将这里使用的术语“投影系统”广义地解释为包括任意类型的投影系统,包括折射型、反射型、反射折射型、磁型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合,并且适合于所使用的曝光辐射、或适合于诸如使用浸没式液体或使用真空之类的其他因素。这里任意使用的术语“投影透镜”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/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多台”机器中,可以并行地使用附加的台,或可以在一个或更多台上执行预备步骤,同时将一个或更多其他台用于曝光。
所述光刻设备还可以是这样的类型:其中,所述衬底的至少一部分可以用具有相对较高折射率的液体(例如,水)覆盖,以便填充所述投影系统和所述衬底之间的空隙。还可以将浸没液应用到所述光刻设备的其他空隙,例如所述掩模和所述投影系统之间。浸没技术是本领域的公知技术,用于增加投影系统的数值孔径。如这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将诸如衬底之类的结构浸没到液体中,而是仅意味着在曝光过程中,液体位于所述投影系统和所述衬底之间。
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分立的实体(例如,该源为准分子激光器时)。在这种情况下,不会认为所述源是所述光刻设备的组成部分,并且通过包括例如合适的引导镜和/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传到所述辐射器IL。在其他情况下,所述源可以是所述光刻设备的必要部分(例如所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述辐射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述辐射器IL可以包括调节器AD,用于调整所述辐射束的角强度分布。通常,可以对所述辐射器的光瞳面中的强度分布的至少所述外部和/或内部的径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外,所述辐射器IL可以包括各种其他部件,例如整合器IN和聚光器CO。可以将所述辐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入射到保持在所述支撑结构(例如,掩模台MT)上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。已经横穿所述图案形成装置MA之后,所述辐射束B通过所述投影系统PS,所述PS将所述束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和定位传感器IF(例如,干涉仪装置、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,例如在来自掩模库的机械修补之后,或在扫描期间,可以将所述第一定位器PM和另一个定位传感器(图1a中未明确示出)用于将所述掩模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的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现所述掩模台MT的移动。类似地,可以通过形成所述第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行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),所述掩模台MT可以仅与短行程致动器相连,或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的所述衬底对准标记占据了专用目标部分,然而,他们可以位于目标部分之间的空隙中(这些公知为划线对准标记)。类似地,在将多于一个管芯设置在所述掩模MA上的情况下,所述掩模对准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的至少之一:
1.在步进模式中,将所述掩模台MT和所述衬底台WT保持为实质静止,而将赋予到所述辐射束的整个图案一次(即,单一的静态曝光)投影到目标部分C上。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的同时,将所述掩模台MT和所述衬底台WT同步地进行扫描(即,单一的动态曝光)。所述衬底台WT相对于所述掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的放大(缩小)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),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)。
3.在另一个模式中,将保持可编程图案形成装置的所述掩模台MT保持为实质静止状态,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,按照要求更新所述可编程图案形成装置。这种操作的模式易于应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻中,例如,如上所述类型的可编程反射镜阵列。
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)的一部分,其也包括用于实现衬底上的曝光前和曝光后处理的设备。所述簇包括:旋转涂布机SC,用于沉积抗蚀剂层;显影器DE,用于对曝光后的抗蚀剂显影;激冷板CH和烘烤板BK。衬底机械手或机器人RO从入口/出口I/O1、I/O2拾取衬底,在不同的处理设备之间移动所述衬底,并然后传送到光刻设备的装载舱LB。这些装置经常总体称为轨道(track),并在轨道控制单元TCU的控制下,所述轨道控制单元TCU自身被监控系统SCS控制,所述SCS也控制光刻设备。因此,能操作不同的设备以使生产量和处理效率最大化。
为了由光刻设备曝光的衬底针对每层抗蚀剂一致地曝光,存在一定的、需要被测量以确定是否有对准、旋转等方面的变化的衬底特性,其中所述变化必须由光刻设备进行补偿。独立的检查设备用于确定衬底特性,并且尤其确定不同衬底或者相同衬底的不同层的特性如何在层之间变化。
可以采用传感器(例如在图2中所示的散射仪)确定衬底W的表面的特性。散射仪包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。反射的辐射通到光谱仪检测器4,所述光谱仪检测器测量镜面式反射辐射的光谱10(作为波长的函数的强度)。从这些数据中,例如通过严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis)和非线性回归,或者通过与如图2下面所示的仿真光谱库进行对比,可以重新构造产生检测光谱的结构或形貌。通常,对于这种重建,从结构制造的过程的知识可以知道结构的一般形式并假定一些参数,仅仅留下几个结构参数需要根据散射仪数据确定。
散射仪可以分为正入射散射仪(normal-incidence scatterometer)或斜入射散射仪(oblique-incidence scatterometer)。也可以使用散射仪的变量,其中以单波长的多角度范围(或多波长的限定范围)测量反射,而不是以多波长范围的单角度测量反射。
用于测量衬底特性的散射仪可以在高数值孔径透镜的光瞳面11上,以多角度和多波长测量由衬底表面W反射的角分辨谱的特性,如图3所示。这样的散射仪可以包括辐射投影仪2和检测器14,所述辐射投影仪2用于将辐射投影到衬底上,所述检测器14用于检测反射谱。光瞳面为这样的平面:在所述平面上,辐射的径向位置限定入射角,而角度位置限定辐射的方位角。光瞳面还可为任何基本上与上述平面共轭的平面。检测器18位于高数值孔径透镜的光瞳面上。所述数值孔径可以很高,优选地至少为0.9,更优选地至少0.95。浸没式散射仪(Immersion scatterometer)甚至可以具有数值孔径超过1的透镜。
一些角分辨散射仪仅仅测量散射光的强度。然而,更新的散射仪允许在多角度范围内同时测量几个波长。由散射仪对应不同的波长和角度测量的特性可以是横向磁场和横向电场偏振光的强度以及横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。
能够采用宽带光源(即,具有宽的光频率或波长的范围、并因此有多种颜色的光源),允许多个波长的混合,所述宽带光源给出大的集光率(etendue)。在宽带中的多个波长优选地每个假定具有λδ的带宽、还因此具有至少2λδ的间隔(即两倍波长)。几个辐射“源”能够是扩展辐射源的不同部分,所述扩展辐射源假定已经用光纤束分开。以这样的方式,能够以多个波长平行地测量角分辨散射谱。测量包含比2维谱具有更多信息的3维谱(波长和两个不同的角度)。这允许测量更多的信息,以增加度量处理的鲁棒性。这在申请号为2006/0066855A1和2006/0033921A1的美国专利申请中有更详细的描述。
可与本发明一起使用的散射仪如图3所示。使用透镜系统12、通过干涉滤光片13和偏振器17聚焦辐射投影仪2的辐射,由部分反射面16反射,并经由显微镜物镜15被聚焦到衬底W上。然后辐射通过部分反射面16透射到在后投影光瞳面11上的检测器18(例如电荷耦合器件(CCD))中,以便进行散射谱的检测。光瞳面11位于透镜系统15的焦距上。检测器和高数值孔径透镜位于光瞳面上。由于高数值孔径的透镜通常位于透镜的内部,所以光瞳面可以由辅助光学器件再次成像。
参考束经常用于例如测量入射辐射的强度。当辐射束入射在分束器16上时,所述辐射束的一部分透射通过分束器朝着参考反射镜14。然后,将参考束投影到同一检测器18的不同部分上。
反射的辐射的光瞳面以例如每帧40毫秒的积分时间在检测器118上成像。以这样的方式,衬底目标的两维角度散射谱在检测器上成像。例如,检测器可以是CCD或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器阵列。
一组干涉滤光片13能够在假定405-790nm或更低的范围内选择感兴趣的波长,例如200-300nm范围内。干涉滤光片可以是可调的,而不包括一组不同的滤波器。光栅能替代干涉滤光片使用。
衬底W可以是印制的光栅,以使得在显影后,栅条(bar)由实心抗蚀剂线形成。所述栅条可以替代地被刻蚀在衬底里。这种图案对光刻投影设备中的色差敏感,尤其是投影系统PL,并且照射对称度和这种象差的存在将证明它们自身在印制的光栅上存在变化。相应地,印制的光栅的散射仪数据用于重建光栅。光栅的参数,例如线宽和形状,可以输入到根据印制步骤和/或其他散射仪处理的知识的重建处理中。
图4示出对于不同的重叠误差的不对称度、第±1衍射级和第0衍射级。如图所示,第0级强度作为重叠的函数对称地变化。因此,如果检测第0级,就能够识别两个不对称之间的差别,否则它们是具有相同值的。例如,图4的左上方的曲线图中示出的两个开圆示出重叠误差为0但偏置为±15nm的不对称度。同一曲线图上的实点示出当重叠误差为70nm但偏置是相同的,为15nm时的不对称度。然而,在这些情况下检测到的不对称度(即,重叠误差为0nm和70nm)将是相同的。如果第0级的强度被检测到,那么0nm和70nm的重叠误差之间的强度差别也将被检测到。如图4的右下方的曲线图所示,对于70nm的重叠误差的检测强度(由双实点表示)将大于对于重叠误差为0的检测强度(由开圆所示)。因此,能够区分两个导致相同不对称度的不同的重叠。因此能够识别这些错误的低重叠误差计算。采用第0级强度的绝对值来识别大的重叠误差错误可替换为采用具有正向偏置的光栅的第0级和具有负向偏置的光栅的第0级之间的强度差。如果重叠误差小,由于第0级本身的对称属性(如图4所示),强度的差别也将变小。
所述设备测量两组重叠(overlapping)光栅的第+1、-1和0衍射级的强度,第一组光栅具有+d的偏置,第二组光栅具有-d的偏置。不对称度的计算如下:
A + = I 1 ( OV + d ) - I - 1 ( OV + d ) I 1 ( OV + d ) + I - 1 ( OV + d )
A - = I 1 ( OV - d ) - I - 1 ( OV - d ) I 1 ( OV - d ) + I - 1 ( OV - d )
其中I1是第1级的强度,I-1是第-1级的强度,并且OV是重叠误差。那么重叠由以下确定:
OV = d 2 A + + A - A + - A -
关于此的进一步的细节能在EP1628164A中找到。
两组光栅之间的强度差给作:
ΔI0=I0+-I0-
其中,I0+是具有+d偏置的重叠光栅的第0级的强度,而I0-是具有-d偏置的重叠光栅的第0级的强度。
如果ΔI0在一定的阈值Ithr之下,那么,重叠测量就是正确的。然而,如果ΔI0在Ithr之上,那么它表示大的重叠误差和计算得到的重叠误差是不可信的。Ithr的值能采用建模确定,或采用校准衬底校准确定。
尽管本发明被描述成关于同第0衍射级一起的第一衍射级,但是更高的衍射级(例如第二、三或四衍射级)也能替代地与第0衍射级一起使用。

Claims (8)

1.一种测量衬底特性的方法,包括:
采用辐射投影仪将辐射投影到衬底上;以及
检测反射的辐射的第0级和第±n级,其中n≥1,并且反射的辐射表示将测量的特性;
其中,所述辐射被投影到多个重叠的图案上,并且检测器检测多个重叠图案之间的重叠误差;
其中,来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述第±n衍射级为第±1衍射级。
3.一种散射仪,其被构造用于测量衬底特性,所述散射仪包括:
辐射投影仪,其被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;
检测器,其被构造用于检测自衬底表面反射的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及
数据处理单元,其被构造用于基于第0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差;
其中,来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
4.根据权利要求3所述的散射仪,其中,所述第±n衍射级为第±1衍射级。
5.一种包括检查设备的光刻设备,所述检查设备包括:
辐射投影仪,其被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;
检测器,其被构造用于检测自衬底表面反射的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及
数据处理单元,其被构造用于基于第0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差;
其中,来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
6.根据权利要求5所述的光刻设备,其中,所述第±n衍射级为第±1衍射级。
7.一种光刻设备,包括:
照射系统,其被构造用于调节辐射束;
支撑结构,其被构造用于支撑图案形成装置,所述图案形成装置被构造用于在辐射束的横截面上赋予图案;
衬底台,其被构造用于保持衬底;
投影系统,其被构造用于将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上;以及
检查设备,所述检查设备包括:
辐射投影仪,其被构造用于将辐射投影到衬底上的多个重叠的图案上;
检测器,其被构造用于检测自衬底表面反射的辐射束的第0和第±n衍射级,其中n≥1;以及
数据处理单元,其被构造用于基于第0和第±n衍射级计算多个重叠的图案之间的重叠误差;
其中,来自第一衍射级的数据用于测量重叠误差,而来自第0衍射级的数据用作误差检验。
8.根据权利要求7所述的光刻设备,其中,所述第±n衍射级为第±1衍射级。
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