TW201441775A - 量測微結構不對稱性的方法及裝置、位置量測方法、位置量測裝置、微影裝置及元件製造方法 - Google Patents

量測微結構不對稱性的方法及裝置、位置量測方法、位置量測裝置、微影裝置及元件製造方法 Download PDF

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Abstract

一種微影裝置，其包括一對準感測器，該對準感測器包括用於讀取包含一週期性結構之一標記之位置的一自參考干涉計。一照明光學系統將不同色彩及偏振之輻射聚焦成掃描該結構之一光點(406)。在一偵測光學系統中偵測(430A、430B)多個位置相依信號IA(G,R,N,F)、IB(G,R,N,F)，且對其進行處理(PU)以獲得多個候選位置量測。每一標記包含一大小小於該光學系統之一解析度的子結構。每一標記係在該等子結構與較大結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知(d1、d2)分量及未知(Δd)分量兩者之一組合。使用來自一對標記(702-1、702-2)之信號連同關於該等已知位移之間的差之資訊來計算至少一標記之一測定位置，以便校正該位置位移之該未知分量。

Description

量測微結構不對稱性的方法及裝置、位置量測方法、位置量測裝置、微影裝置及元件製造方法
本發明係關於微結構不對稱性之量測。本發明可應用於一種用於量測基板上之標記之位置的改良型裝置及方法中。在其他態樣中，本發明提供一種微影裝置及元件製造方法。
微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)製造中。在彼情況下，圖案化元件(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。已知微影裝置包括：所謂步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由 將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化元件轉印至基板。
為了控制微影程序以將元件特徵準確地置放於基板上，通常將對準標記提供於基板上，且微影裝置包括可供準確地量測基板上之標記之位置的一或多個對準感測器。此等對準感測器有效地為位置量測裝置。不同類型之標記及不同類型之對準感測器係自不同時間及不同製造商為吾人所知。廣泛地用於當前微影裝置中的一種類型之感測器係基於如US 6961116(den Boef等人)中描述之自參考干涉計。通常，分離地量測標記以獲得X位置及Y位置。然而，可使用公開專利申請案US 2009/195768 A(Bijnen等人)中描述之技術來執行組合式X及Y量測。此等申請案兩者之內容係以引用方式併入本文中。
Jeroen Huijbregtse等人在「Overlay Performance with Advanced ATHENATM Alignment Strategies」(Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XVII，編輯者為Daniel J.Herr，Proceedings of SPIE，第5038卷(2003年))中描述使用商用對準感測器之進階對準技術。此等策略可商業上延伸及應用於由上文所提及之US'116及US'768描述之類型的感測器中。商用感測器之特徵為：其在同一目標光柵或若干相同目標光柵上使用若干波長(色彩)及偏振之輻射(光)來量測位置。沒有單一色彩對於在所有情形中之量測係理想的，因此，商用系統自數個信號選擇哪一者提供最可靠之位置資訊。
不斷地需要提供較準確之位置量測，尤其是需要隨著產品特徵變得愈來愈小而控制疊對誤差(overlay error)。對準誤差之一個原因為位置感測器對存在於標記中之次解析度特徵之敏感度。舉例解釋之，對準標記通常係由特徵遠大於待施加至微影裝置中之基板的元件圖案之特徵的光柵形成。因此，所需定位準確度並非藉由對準光柵之精細度而獲得，而是藉由如下事實而獲得：對準光柵提供可遍及許多週期而量測之週期性信號，以總體上獲得極準確之位置量測。另一方面， 極粗略光柵不表示實際產品特徵，且因此，該光柵之形成相比於實際產品特徵經受不同處理效應。因此，習慣的是使對準標記之粗略光柵由較精細之類產品特徵構成。此等較精細光柵為上文所提及之「次解析度」特徵，其太精細而不能由對準感測器解析。然而，藉由參考微影裝置中之圖案化系統之解析能力(resolving power)，該等特徵更通常可被稱作「依解析度(at-resolution)」特徵。Megens等人之「Advances in Process Overlay-Alignment Solutions for Future Technology Nodes」(在Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XXI中，Proc.of SPIE，第6518卷，65181Z，(2007年)，doi：10.1117/12.712149)中描述此等問題之更多論述及不同形式之次分段標記。
通常在元件製造程序中之早期階段使用相似於或甚至相同於將針對後續產品層施加圖案之微影裝置的微影裝置而將對準標記施加至基板。依解析度特徵相比於較粗略對準光柵特徵變得經受其定位之稍微不同誤差，該等誤差係(例如)歸因於用以施加圖案之光學投影系統之像差。此情形在當前對準感測器中之效應為：測定位置含有未知誤差，該位置既不為粗略光柵之位置，又不為較精細解析度下光柵之位置。已進一步發現，取決於用於位置量測中之色彩及偏振，由粗略光柵與精細光柵之間的位置失配造成的已報告位置之誤差可比該失配自身大得多。
在一個態樣中，本發明旨在提供一種能夠校正位置量測中由依解析度特徵與粗略光柵特徵之間的失配造成之誤差的改良型位置量測裝置，例如，微影裝置中之對準感測器。在彼方面，本發明人已搜尋一種可應用於來自對準標記之位置量測而不會過度地縮減對準系統之產出率的方法。另外，本發明人已搜尋一種使用已經作為已知及所提 議類型之感測器中的位置量測任務之部分而捕捉之信號的方法。
在一第一態樣中，本發明提供一種使用一光學系統來量測一基板上之標記之位置的方法，每一標記包含在至少一第一方向上週期性地配置之結構，該等結構中至少一些包含較小子結構，每一標記係在該等結構與該等子結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該方法包含：(a)運用輻射來照明每一標記，且使用一或多個偵測器來偵測由該結構繞射之輻射以獲得含有關於該標記之該位置之資訊的信號；(b)處理該等信號以計算至少一標記之一測定位置，該計算使用來自複數個標記之信號連同關於該等標記之該等已知位移之間的差之資訊，以便校正該位置位移之該未知分量。
該等子結構可具有小於該光學系統之一解析度之一大小。在一些實施例中，該方法使用含有用於每一標記之位置資訊之複數個信號，每一信號具有相同形式，但(例如)使用具有不同特性之輻射而獲得，或使用由一單一偵測器獲得之一位置相依信號之不同光譜分量而獲得。
本發明係可使用上文所提及的已知類型之感測器予以實施，但亦可使用不同設計之光學位置感測器予以實施，其限制條件為：已知類型之感測器及不同設計之光學位置感測器可使用不同波長及/或不同繞射階及/或不同偏振之輻射及照明剖面來量測一標記之位置。
在一另外態樣中，本發明提供一種製造元件之方法，其中使用一微影程序而將一元件圖案施加至一基板，該方法包括藉由參考形成於該基板上之一或多個標記之測定位置來定位該經施加圖案，該等測定位置係藉由如上文所闡述的根據本發明之第一態樣之一方法而獲得。
本發明又進一步提供一種具備複數個標記之基板，每一標記包 含經配置以在至少一第一方向上以一空間週期而重複之結構，該等結構中至少一些包含一大小為該空間週期之幾分之一的子結構，其中每一標記係在該等子結構與該等結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該等已知分量針對不同標記係不同的。
該結構之該週期可(例如)大於1微米，而該等子結構具有小於0.5微米之一特徵大小。每一結構內之該等子結構可具有為該空間週期之1/5、1/8或1/10以下的一特徵大小。
本發明又進一步提供一種微影裝置，其包含：- 一圖案化子系統，其用於將一圖案轉印至一基板；- 一量測子系統，其用於量測該基板相對於該圖案化子系統之位置，其中該圖案化子系統經配置以使用由該量測子系統量測之該等位置以將該圖案施加於該基板上之一所要位置處，且其中該量測子系統經配置以使用提供於該基板上之週期性結構來量測該基板之該等位置，且使用如上文所闡述的根據本發明之第二態樣之一方法來量測該等結構之該等位置。
本發明又進一步提供一種用於量測一基板上之標記之位置的裝置，該裝置包含：- 一光學系統，其經調適以用於運用輻射來照明每一標記，且使用一或多個偵測器來偵測由結構繞射之輻射以獲得含有關於該標記之該位置之資訊的信號；- 一處理配置，其用於處理表示該繞射輻射之信號以獲得與該結構之一位置相關之複數個結果，每一結果係以一不同方式受到該結構之一屬性之變化影響；及- 一計算配置，其用於使用由該處理配置獲得之該等結果中之一 或多者來計算該結構之一位置，其中該計算配置經配置以使用來自複數個標記之信號來計算至少一標記之一測定位置，每一標記包含在至少一第一方向上週期性地配置之結構，該等結構中至少一些包含一大小小於該光學系統之一解析度的子結構，每一標記係在該等結構與該等子結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該計算配置使用該等信號連同關於該等標記之已知位移之間的差之資訊，以便校正該位置位移之該未知分量。本發明又進一步提供一種包含機器可讀指令之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一處理元件執行上文所闡述之方法之步驟(b)的該計算。
本發明之實施例使能夠使用通常由對準感測器捕捉但通常未被採用之資訊來分離地獲得粗略特徵及依解析度特徵之量測。該複數個結果可(例如)包括基於不同波長、不同偏振、不同空間頻率(繞射階)或所有此等各者之結果。該方法係可結合標記之相同屬性之更多量測、由其他構件產生之屬性及使用同一器具而進行之其他屬性之量測予以使用。
202‧‧‧對準標記/X方向對準標記
204‧‧‧對準標記/Y方向標記
206‧‧‧輻射光點/照明光點
208‧‧‧輻射光點/照明光點
210‧‧‧對準標記
220‧‧‧照明源
222‧‧‧輻射光束
223‧‧‧光點鏡面
224‧‧‧接物鏡
226‧‧‧資訊攜載光束
228‧‧‧自參考干涉計/區塊
230‧‧‧感測器陣列/感測器柵格
232‧‧‧強度信號
406‧‧‧光點
420‧‧‧光源/照明源
422‧‧‧照明光束/輸入光束/光纖
424‧‧‧接物鏡/物鏡
426‧‧‧資訊攜載光束
428‧‧‧自參考干涉計
430‧‧‧偵測器配置
430A‧‧‧偵測器
430B‧‧‧偵測器
440‧‧‧照明子系統
442‧‧‧光纖/照明源
446‧‧‧照明剖面探測光學件/照明剖面儀
454‧‧‧光束分裂器/第一分裂器
460‧‧‧不對稱性量測配置
462‧‧‧第二光束分裂器
464‧‧‧資訊攜載光束之部分
466‧‧‧信號
482‧‧‧射出光束
484A‧‧‧收集器透鏡總成
484B‧‧‧收集器透鏡總成
502‧‧‧多工器
504‧‧‧線性偏振
506‧‧‧遞送光學件
510‧‧‧半波片
512‧‧‧相位補償器
514‧‧‧半波片
516‧‧‧光束分裂器
518A‧‧‧孔隙
518B‧‧‧孔隙
520A‧‧‧多模光纖
520B‧‧‧多模光纖
522A‧‧‧解多工器
522B‧‧‧解多工器
600‧‧‧材料
602‧‧‧材料
603‧‧‧「標記」區
604‧‧‧「空間」區
606‧‧‧標記
608‧‧‧空間
610‧‧‧點
620‧‧‧空間
622‧‧‧空間
702‧‧‧已修改對準標記
702-1‧‧‧第一標記片段
702-2‧‧‧第二標記片段
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
C‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影裝置控制單元/中央控制單元
LS‧‧‧位階感測器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化元件/光罩
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
O‧‧‧光軸
P‧‧‧光瞳平面
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理單元
PW‧‧‧第二定位器/基板定位器
RF‧‧‧參考框架
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板/晶圓
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將僅作為實例而參看隨附示意性圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪根據本發明之一實施例的包括形成量測裝置之對準感測器之例示性微影裝置；圖2(包含圖2(a)及圖2(b))說明可提供於圖1之裝置中之基板上的對準標記之各種形式；圖3為在圖1之裝置中掃描對準標記之已知對準感測器的示意性方塊圖；圖4為適合於供本發明之一實施例中使用且可用作圖1之裝置中 之對準感測器的已修改對準感測器之更詳細示意圖，包括離軸照明及選用不對稱性量測配置(圖中未詳細繪示)且進一步展示多個波長及偏振之特徵；圖5為(a)在粗略特徵位置與依解析度特徵位置之間不存在失配之情況下及(b)在粗略特徵位置與依解析度特徵位置之間存在失配之情況下的具有依解析度特徵之對準標記的詳細示意性橫截面；圖6(包含圖6(a)及圖6(b))展示針對一範圍之輻射波長及偏振的模型化某一失配對測定位置之影響的回應曲線；圖7展示針對一範圍之失配值而計算之回應曲線；圖8(包含圖8(a)及圖8(b))說明不同失配值對在不同波長下量測之位置誤差之影響；圖9說明不同位移值(故意失配)對在具有(a)零失配及(b)非零失配之標記中在不同對波長之間進行之差異位置量測的影響；圖10以平面圖及橫截面展示根據本發明之一實施例的兩部分差異對準標記；圖11為使用圖10之差異對準標記來量測位置之方法的流程圖；及圖12展示說明由粗略特徵與依解析度特徵之間的失配造成之誤差之成功校正的回應曲線。
圖1示意性地描繪根據本發明之一項實施例的微影裝置。該裝置包含：- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或EUV輻射)；- 支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化元件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化元件之第一定位器PM； - 基板台(例如，晶圓台)WTa或WTb，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及- 投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化元件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
支撐結構支撐(亦即，承載)圖案化元件。支撐結構以取決於圖案化元件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化元件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化元件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化元件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化元件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「圖案化元件」同義。
本文所使用之術語「圖案化元件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中產生圖案的任何元件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中產生之元件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化元件可為透射的或反射的。圖案化元件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各 種混合式光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，使用上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。圖1之實例中之兩個基板台WTa及WTb為此情形之說明。可以單機方式使用本文所揭示之本發明，但詳言之，本發明可在單載物台裝置抑或多載物台裝置之曝光前量測階段中提供額外功能。
微影裝置亦可屬於如下類型：其中基板之至少一部分係可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，在光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。如本文所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻 射源為準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，不認為輻射源形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部件。輻射源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如，積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化元件(例如，光罩MA)上，且係藉由該圖案化元件而圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測元件、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WTa/WTb，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WTa/WTb之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔據 專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WTa/WTb保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WTa/WTb在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中成像之目標部分C之大小。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WTa/WTb(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WTa/WTb相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之高度(在掃描方向上)。
3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使光罩台MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化元件，且移動或掃描基板台WTa/WTb。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WTa/WTb之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化元件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化元件(諸如，上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa及WTb以及兩個站－－曝光站及量測站－－在該兩個站之間可交換該等 基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器LS來映射基板之表面，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。此情形實現裝置之產出率之實質增加。若位置感測器IF在基板台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。
裝置進一步包括控制所描述之各種致動器及感測器之所有移動及量測的微影裝置控制單元LACU。LACU亦包括實施與裝置之操作有關之所要計算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，該等子單元各自處置裝置內之一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。舉例而言，一個處理子系統可專用於基板定位器PW之伺服控制。分離單元可甚至處置粗略致動器及精細致動器，或不同軸線。另一單元可能專用於位置感測器IF之讀出。裝置之總控制可受到中央處理單元控制，該中央處理單元與此等子系統處理單元通信、與操作者通信，且與微影製造程序中涉及之其他裝置通信。
圖2(a)展示提供於基板W上以用於分別量測X位置及Y位置之對準標記202、204之實例。此實例中之每一標記包含形成於被施加至基板或被蝕刻至基板中之產品層或其他層中之一系列長條(bar)。該等長條規則地間隔且充當光柵線，使得標記可被視為具有足夠熟知之空間週期(間距)之繞射光柵。X方向標記202上之長條平行於Y軸以提供在X方向上之週期性，而Y方向標記204之長條平行於X軸以提供在Y方向上之週期性。對準感測器AS(圖1所展示)運用輻射光點206(X方向)、208(Y方向)來光學地掃描每一標記，以獲得諸如正弦波之週期性變化信號。分析此信號之相位，以量測標記相對於對準感測器之位置且 因此量測基板W相對於對準感測器之位置，對準感測器又相對於裝置之參考框架RF固定。掃描移動係由寬箭頭示意性地指示，其中光點206或208之漸進位置係以點線輪廓而指示。對準圖案中之長條(光柵線)的間距通常比待形成於基板上之產品特徵的間距大得多，且對準感測器AS使用比待用於將圖案施加至基板之曝光輻射長得多的一輻射波長(或通常為複數個波長)。然而，因為大數目個長條允許準確地量測重複信號之相位，所以可獲得精細位置資訊。
可提供粗略標記及精細標記，使得對準感測器可區分週期性信號之不同循環，以及一循環內之確切位置(相位)。亦可出於此目的而使用不同間距之標記。此等技術再次為熟習此項技術者所熟知，且將不在本文中予以詳述。此等感測器之設計及操作在此項技術中為吾人所熟知，且每一微影裝置可具有其自有感測器設計。出於本描述之目的，將假定到，對準感測器AS通常屬於US 6961116(den Boef等人)中描述之形式。圖2(b)展示供相似對準系統使用之已修改標記，此等X及Y位置係可經由運用照明光點206或208之單一光學掃描而獲得。標記210具有經配置為與X軸及Y軸兩者成45度之長條。可使用公開專利申請案US 2009/195768 A(Bijnen等人)中描述之技術來執行此組合式X及Y量測，該公開專利申請案之內容係以引用方式併入本文中。
圖3為已知對準感測器AS之示意性方塊圖。照明源220提供一或多個波長之輻射光束222，其係由光點鏡面223通過接物鏡224而轉向至位於基板W上之標記(諸如，標記202)上。如圖2示意性地所指示，在基於上文所提及之US 6961116的本對準感測器之實例中，供照明標記202之照明光點206之直徑可稍微小於該標記自身之寬度。
由標記202散射之輻射係由接物鏡224拾取且被準直成資訊攜載光束226。自參考干涉計228屬於上文所提及之US'116中揭示之類型，且處理光束226且將分離光束(針對每一波長)輸出至感測器陣列230 上。光點鏡面223在此時方便地充當零階光闌(zero order stop)，使得資訊攜載光束226僅包含來自標記202之高階繞射輻射(此情形對於量測並非必需的，但改良信雜比)。來自感測器柵格230中之個別感測器之強度信號232被提供至處理單元PU。藉由區塊228中之光學處理及單元PU中之計算處理的組合，輸出用於基板上相對於參考框架RF之X位置及Y位置之值。處理單元PU可與圖1所展示之控制單元LACU分離，或為了設計選擇及方便起見，處理單元PU及控制單元LACU可共用同一處理硬體。在單元PU分離的情況下，可在單元PU中執行信號處理之部分，且在單元LACU中執行信號處理之另一部分。
如已經提及，所說明類型之單一量測僅使標記之位置固定於對應於標記之一個間距之某一範圍內。結合此情形而使用較粗略量測技術，以識別正弦波之哪一週期為含有經標記位置之週期。為了增加準確度且為了穩固地偵測標記，可在不同波長下重複處於較粗略及/或較精細層級之同一程序，而不管材料如何，該標記係由該材料製成且該標記擱置於該材料上及/或下方。可光學地多工及解多工該等波長以便同時地處理該等波長，及/或可藉由分時或分頻來多工該等波長。本發明中之實例將採用在若干波長下之量測以提供具有對標記不對稱性之縮減敏感度的實務且穩固之量測裝置(對準感測器)。
更詳細地參考量測程序，圖3中被標註為vW之箭頭說明光點206橫穿標記202之長度L的掃描速度。在此實例中，對準感測器AS及光點206實際上保持靜止，而基板W以速度vW移動。因此，對準感測器可剛性地且準確地安裝至參考框架RF(圖1)，同時在與基板W之移動方向相對之方向上有效地掃描標記202。基板在此移動中受到其在基板台WT及基板定位系統PW上之安裝控制。所展示之所有移動皆平行於X軸。對於在Y方向上運用光點208來掃描標記204，相似動作適用。將不進一步描述此情形。
如公開專利申請案US 2012-0212749 A1中所論述，微影裝置所需要之高生產力要求需要儘可能快速地執行基板上之眾多位置處之對準標記的量測，此隱含：掃描速度vW快，且可用於獲取每一標記位置之時間TACQ對應地短。簡言之，公式TACQ=L/vW適用。先前申請案US 2012-0212749 A1描述一種用以賦予光點之相對掃描運動以便延長獲取時間之技術。視需要，相同掃描光點技術可應用於本文新近揭示之類型之感測器及方法中。
關注具有較小光柵間距之標記上之對準。實際生產中之測定疊對通常顯著地大於在受控制測試條件下之測定疊對。研究表明，此係歸因於產品晶圓上之對準標記在處理期間在變化程度上變得不對稱。縮減對準標記之間距會減低一些類型之不對稱性對測定對準位置之效應。
熟習此項技術者知道，用以允許縮減對準光柵之間距之一些選項為：(i)縮短所使用輻射之波長；(ii)增加對準感測器光學件之NA；及(iii)使用離軸照明。較短波長並非總是可能的，此係因為對準光柵常常位於吸收膜(例如，非晶碳硬式光罩)下方。一般而言，增加NA係可能的，但並非較佳的，此係因為需要與晶圓相隔安全距離之精巧物鏡。因此，使用離軸照明具吸引力。
運用多個波長及偏振之位置量測
圖4說明一新穎對準感測器之光學系統，該對準感測器為上文所提及之先前公開案US 6,961,116及US 2009/195768中描述之對準感測器的已修改版本。此情形引入離軸照明模式之選項，該等離軸照明模式尤其允許出於較大準確度起見而縮減對準標記之間距。該光學系統亦可允許運用該對準感測器而非運用分離散射計器具來執行散射量測類型量測。在圖4中，出於簡單起見，省略提供離軸照明模式及同軸照明模式之細節。對於本發明，更關注的是展示多個波長及偏振之細 節。
具有若干分支之光軸O係由貫穿光學系統400而延行之虛線指示。出於與圖3之示意圖之比較的簡易起見，運用相似於圖3中使用之元件符號但具有首碼「4」以代替「2」的元件符號來標註光學系統400之一些部件。因此，看到光源420、照明光束422、接物鏡424、資訊攜載光束426、自參考干涉計428及偵測器配置430。來自偵測器配置之信號係由處理單元PU處理，處理單元PU經修改以便實施下文所描述之新穎特徵且輸出用於每一標記之(改良型)位置量測POS。
此更詳細示意圖所說明之額外組件如下。在照明子系統440中，來自源420之輻射係經由光纖442而遞送至照明剖面探測光學件(illumination profiling optics)446。此照明剖面探測光學件將輸入光束422經由光束分裂器454而遞送至具有光瞳平面P之接物鏡424。接物鏡424在晶圓W上之對準標記202/204/210上形成光點406。由標記繞射之資訊攜載光束426通過光束分裂器454而傳遞至干涉計428。干涉計428將輻射場分裂成具有正交偏振之兩個部分、使此等部分相對於彼此圍繞光軸旋轉達180°，且將該等部分組合成射出光束482。此光束進入偵測器配置430，如下文將更詳細地所描述。
本實例中包括不對稱性量測配置460。配置460經由定位於干涉計前方之第二光束分裂器462而接收資訊攜載光束426之部分464。在本優先權日期未公開之另一專利申請案US 61/722,671描述用於使用經由偵測器430而獲得之位置資訊進行不對稱性量測之新穎技術。原則上，可消除專用不對稱性量測配置460。
照明剖面探測光學件446可採取各種形式，在本優先權日期未公開之先前美國專利申請案第61/623,391號(申請人參考案P-3996)中更詳細地揭示該等形式中之一些。在其中揭示之實例中，展示允許使用縮減之光柵間距而無需偵測器側上之空間解析度的對準感測器(更通 常為位置量測裝置)。藉由使用新穎照明模式，此等裝置能夠量測具有廣泛範圍之不同間距(例如，自小於1微米至20微米之間距)之標記的位置，而不改變當前偵測器設計。為先前申請案61/623,391中描述之實例所共有的特定特徵為用以使用處於有限範圍之入射角(光瞳平面中之有限徑向範圍)之離軸照明的選項。離軸照明意謂輻射源區限於光瞳之周邊部分，亦即，與光軸相隔某一距離。將照明限於光瞳之極端周邊會將對準標記之最小可能間距自實質上λ/NA縮減至實質上λ/2NA，其中λ為所使用輻射之波長，且NA為器具(例如，對準感測器，或更通常為位置量測裝置)之接物鏡之數值孔徑。先前申請案61/623,391中描述之實例亦使用裝置之光束分裂器中的光點鏡面之特定分佈，其既可提供所要照明，又可充當用於零階繞射輻射之場光闌。可設計「通用(universal)」照明剖面，其允許X標記、Y標記及XY標記中任一者上之對準而不改變照明模式，但此情形不可避免地引起某一效能損害及/或某一裝置複雜化。替代地，可設計及作出專用模式以可被選擇以供不同標記類型使用。亦可選擇不同偏振之照明。
裝置整體上無需限於提供此等特定離軸照明剖面。裝置可具有已知或仍待開發之其他使用模式，其促成不同剖面之使用。舉例而言，裝置可提供用於圖2(a)及圖2(b)所展示之不同標記類型之同軸照明模式及離軸照明模式的選擇。雖然關注供較精細光柵使用之離軸照明，但同軸照明剖面可有用於與現有標記及量測方法之相容性。首先參考如圖3之已知感測器中使用的同軸模式之實例，垂直於基板之照明係由在另外暗光瞳內具有中心亮光點之同軸照明剖面提供。此剖面為新穎裝置之照明光束422中之選用設定。在此實例中，需要使沿著光軸返回之零階光束在進入至干涉計428之前受到阻擋，但亦需要使該零階光束轉移至不對稱性量測配置460(在被提供時)。在干涉計428 之前阻擋零階並非必需的，但改良位置信號之信雜比。因此，在此實施例中，光點鏡面可包括於第二光束分裂器462中。第一分裂器454未鍍銀，且可接受的是，中心光點之強度的僅50%左右可轉移至標記。在一替代實施例中，在省略配置460的情況下，此剖面係可直接地由照明剖面儀(illumination profiler)446產生且以全強度由第一光束分裂器454內之光點鏡面透射至物鏡424。可設想多種替代例以獲得所要剖面。
可以數種方式來產生離軸照明剖面以形成實務器具，應記住，對置片段對於干涉計428應相干以產生所要信號。特別是當涉及寬頻源時，源輻射之相干長度/時間將極短。即使在運用單色雷射源的情況下，US'116亦教示出，短相干時間係較佳的，例如，以消除來自不當的多次反射之干涉。因此，自源至每一片段之光學路徑長度應極緊密地匹配。直接地對應於所要剖面之孔隙可置放於經加寬的平行光束中，但彼情形將引起相對大的光損耗。為了阻止光損耗，在上文所提及之先前申請案61/623,391中提議各種替代解決方案。
自照明源442出現之照明可為單色，但性質上通常為寬頻，例如，白光，或複光。光束中之波長分集增加量測之穩固性，此為吾人所知。已知感測器使用(例如)名稱為綠色、紅色、近紅外線及遠紅外線之四個波長之集合。在實施本發明之新式感測器中，可使用相同的四個波長，或可使用不同的四個波長或四個以上或以下波長。
再次參看圖4，現在將解釋關於使用多個波長之輻射之量測且關於偏振效應之管理的裝置之態樣。在照明子系統440中，源420包含經提供以產生具有名稱為綠色(被標註為G)、紅色(R)、近紅外線(N)及遠紅外線(F)之四個波長之輻射的四個個別源。出於以下論述之方便起見，處於此四個不同波長之輻射將被稱為四種色彩之光，出於本目的，該等波長處於電磁光譜之可見部分抑或非可見部分中係不重要 的。所有光源線性地偏振，其中G輻射及N輻射係彼此相同地定向，且R輻射及F輻射係正交於G偏振及N偏振而偏振。
該四種色彩係由偏振維持光纖輸送至多工器502 MUX，其中該等色彩組合成單一四色光束。該多工器維持線性偏振，如由箭頭504所指示。箭頭504及貫穿圖解之相似箭頭被標註為G及R以指示綠色分量及紅色分量之偏振。N分量及F分量係分別相同於G分量及R分量而定向。
此組合式光束經由合適遞送光學件506而進入至光束分裂器454中。如已經描述，該光束接著自位於該光束分裂器內部之部分或完全反射表面(例如，0.5毫米直徑之光點鏡面)反射。接物鏡424將光束聚焦至窄光束，該窄光束係由藉由晶圓上之對準標記202而形成之光柵反射及繞射。光係由具有(例如)數值孔徑NA=0.6之物鏡收集。此NA值允許針對該等色彩中每一者自具有16微米間距之光柵收集至少十個繞射階。
形成資訊攜載光束426的經反射且經繞射之光接著輸送至自參考干涉計428。在此實例中，如已經描述，光束經分裂(462)以將資訊攜載光束之部分464供應至不對稱性量測配置460(在被提供時)。傳送不對稱性量測資訊之信號466係自配置460傳遞至處理單元PU。恰在干涉計之前，偏振係由半波片510旋轉達45°。自此時以後，出於清楚起見，針對僅一種色彩展示偏振箭頭。如上文及專利US'116中已經描述，干涉計係由偏振光束分裂器組成，其中每一色彩之一半透射，且每一色彩之一半反射。每一半接著在干涉計內部反射三次，此使輻射場旋轉達+90°及-90°，從而給出180°之相對旋轉。兩個場接著疊置於彼此之頂部上且被允許干涉。存在相位補償器512以補償-90°影像及90°影像之路徑差。偏振接著由另一半波片514(使其主軸設定為與X軸或Y軸成22.5°)旋轉達45°。半波片510、514係波長不敏感的，使得 所有四個波長之偏振旋轉達45°。
另外光束分裂器516將光學信號分裂成被指定為A及B之兩個路徑。一個路徑含有兩個旋轉場之總和，且另一路徑含有差。取決於初始偏振方向，該總和在路徑A或路徑B中終結。因此，在此實例中，用於綠色信號及NIR信號之總和信號在一個路徑中終結，且用於紅色信號及FIR信號之總和信號在另一路徑中終結。對於每一色彩，對應差信號在另一路徑中終結。
應注意，此配置選擇使用一個偏振以用於每一色彩中之照明。可藉由在諸讀取之間改變偏振(或藉由一讀取內之分時多工)來進行每色彩兩個偏振之量測。然而，為了在受益於色彩及偏振之某一分集的同時維持高產出率，具有單一但不同偏振之不同色彩之集合表示分集與量測產出率之間的良好折衷。為了在不影響產出率的情況下增加分集，可設想相似於此處所呈現之四色方案但使用更多色彩(例如，八種或十六種)與混合偏振的實施。
用於每一路徑A及B之光係由各別收集器透鏡總成484A及484B收集。該光接著進入通過孔隙518A或518B，孔隙518A或518B自基板上之光點外部消除大部分光。兩個多模光纖520A及520B將每一路徑之經收集光輸送至各別解多工器522A及522B。該解多工器分裂原始四種色彩中之每一路徑，使得總共八個光學信號遞送至偵測器配置430內之偵測器430A及430B。在一項實務實施例中，光纖自解多工器進入至偵測器電路板上之八個偵測器器件。此實例中之偵測器不提供空間解析度，但隨著裝置掃描基板W上之標記202等等而遞送用於每一色彩之時變強度信號IA及IB。該等信號實際上為位置相依信號，但被接收為同步於裝置與標記(回想圖3)之間的實體掃描移動之時變信號(波形)。
處理單元PU自八個偵測器接收強度波形，且如在已知裝置中處 理強度波形以提供位置量測POS。因為存在待選擇之八個信號，所以基於不同波長及入射偏振，裝置可在各種各樣的情形中獲得可用量測。在此方面，應記得，標記202可埋入於數個不同材料及結構層下方。一些波長相比於其他波長將較好地穿透不同材料及結構。PU通常處理波形，且基於正提供最強位置信號之波形來提供位置量測。可忽略剩餘波形。在一簡單實施中，用於每一量測任務之「配方(recipe)」可基於對目標結構之提前認識以及實驗研究來指定將使用哪一信號。在更進階之系統中，例如，如簡介中提及之Huijbregtse等人之論文中所描述，可使用「色彩動態(Color Dynamic)」或「平滑色彩動態(Smooth Color Dynamic)」演算法以在無先前認識的情況下識別最好信號來進行自動選擇。
每一透鏡484A、484B將整個場聚焦至每一偵測器430A、430B之每一器件上，偵測器430A、430B為相似於圖3之已知對準感測器的配置。此實例中及已知對準感測器中之偵測器有效地為單光電二極體且不提供任何空間資訊，惟已經描述之掃描運動除外。視需要，可添加在共軛光瞳平面中具有空間解析度之偵測器。此情形可(例如)允許使用對準感測器硬體來執行角度解析散射量測方法。
若需要(例如)使用兩個不同偏振來量測位置，則可需要將標記掃描一次以上。又，可需要經由掃描XY標記而在中途切換照明模式。然而，在其他實施例中，使用光學信號之多工，使得可同時地進行兩個量測。相似地，可應用多工，使得可掃描及量測XY標記之不同部分而不切換照明模式。用以執行此多工之簡單方式為藉由分頻多工。在此技術中，運用一特性頻率來調變來自每一對光點及/或偏振之輻射，該特性頻率經選擇為比攜載位置資訊之時變信號之頻率高得多。到達每一偵測器430A、430B之繞射光學信號及經處理光學信號將為兩個信號之混合物，但可使用經調諧至源輻射之各別頻率之濾光器來 電子地分離該等光學信號。亦可使用分時多工，但此情形將需要源與偵測器之間的準確同步。舉例而言，在每一頻率下之調變可為簡單正弦波或方波。
若需要運用圓形偏振來照明標記(無論用於位置感測抑或某一其他形式之度量衡)，則可將四分之一波片(圖中未繪示)插入於光束分裂器454與物鏡424之間。此情形具有使線性偏振變成圓形偏振(且使其在由標記繞射之後再次變回)之效應。如前所述而根據標記方向來選擇光點位置。可藉由在照明源420、光纖422或照明剖面探測光學件446中選擇不同線性偏振來改變圓形偏振方向(順時針方向/逆時針方向)。
Huijbregtse等人之論文中亦描述多個光柵在複合目標中之使用。每一光柵具有一不同剖面，從而增強(例如)高繞射階(3階、5階、7階)。可自此等光柵中之不同光柵以及自個別光柵上之不同色彩信號導出位置量測。在本發明中，假定到，存在具有簡單長條圖案但具有分段特徵之單一光柵。熟習此項技術者可易於擴展本發明以設想具有圖案不同之多個光柵之實施例。
針對依解析度特徵失配而校正之位置量測
現在參看圖5，引入粗略對準光柵之位置與精細「依解析度」特徵之位置之間的失配現象，粗略對準光柵及精細「依解析度」特徵一起形成實務「次分段(sub-segmented)」對準標記。圖5(a)以橫截面展示諸如圖2(a)中之X方向對準標記202的對準標記之小部分。具體言之，約略地看到包含一標記-空間圖案之一個重複單元，該標記-空間圖案係以已知週期性而重複，以形成整個對準標記。該標記形成於具有不同折射率之材料600、602中，其係以重複單元包含「標記」區603及「空間」區604之週期性圖案而配置。可特別地藉由蝕刻使用圖1之微影裝置或相似裝置而施加至基板之圖案來形成標記-空間圖案。 此圖案中之指定「標記」及「空間」相當任意。事實上，應注意，標記之每一「空間」區604被形成為使得材料600並非一致地不存在，而是以包含較小標記606及空間608之精細間距光柵圖案而存在。相似地，每一「標記」區603被形成為使得材料600並非一致地存在，而是以相似精細間距光柵圖案而存在。此精細間距圖案具有在進入頁面之Y方向上之週期性，且因此在圖5所展示之橫截面中係不可見的。此等較精細標記及空間為在本文中被稱作「依解析度」特徵之特徵，其處於或接近於將使用該等特徵之微影裝置中之投影系統的解析度極限。就圖1及圖4所展示之對準感測器AS而言，該等特徵亦可被稱作「次解析度」特徵。次分段標記當前用以最小化對準標記之處理效應，且遵守由終端使用者提出之圖案密度要求。具有在正交方向上次分段之標記區及空間區的圖5所說明之標記形式為相似於以上簡介中提及的Megens等人之論文中論述之標記形式的實例。
理想地，藉由標記606而形成之精細光柵與粗略光柵將以同一點610為中心。遍及該光柵中之所有標記而平均化的此點610可界定整個標記之中心參考位置。然而，在供形成標記之程序中，次分段標記對透鏡像差敏感。此等像差造成依解析度特徵與對準光柵間距之間的移位，其通常大若干數量級。
圖5(b)展示此次分段光柵之形式，其相似於理想形式(a)，但展現粗略對準光柵間距與依解析度特徵之間的移位或失配。此光柵已歸因於較大對準光柵間距與依解析度結構之間的移位而變得不對稱。次分段空間部分之區604之一個末端處的空間620已變得稍微窄於另一末端處之空間622。因此，依解析度光柵具有處於位置XAR之中心點，該中心點並不與粗略對準光柵之中心點X0確切地重合。失配或移位Δd表示X0與XAR之間的差，且可(例如)以奈米為單位予以量測。
現在參看圖6，計算出之曲線圖(a)及(b)說明到，次分段對準光柵 之不對稱性質造成對準感測器量測色彩相依對準信號。雖然其他類型之對準感測器之設計可不同，但一般而言，標記之測定位置針對不同波長及照明條件將不同。此等曲線圖展示針對具有已知失配Δd=0.5奈米之圖案的自模擬感測器量測之位置。相對於處於X0的粗略光柵之中心，對準位置誤差X界定於垂直軸線上。(此位置係已知的，此係因為正說明未知目標之模擬而非實際量測)。對於此實例，該模擬採用具有粗略間距=3微米、依解析度間距=200奈米、深度=256奈米之標記。材料600為矽且材料602為空氣。在曲線圖(a)中，照明具有Y偏振(平行於用於X方向標記之光柵線)，而曲線圖(b)展示具有X偏振之結果。自該等曲線圖不明顯的是，對於在X方向上為週期性之標記202，X偏振相比於Y偏振具有較高繞射效率。
在每一曲線圖中可看到的是，藉由模擬量測而報告之位置以強烈地取決於波長及偏振之方式相當廣泛地變化。此外，變化範圍比造成該變化之失配Δd之量值大得多。在曲線圖(b)中，可看到造成大約610奈米之極端量測誤差的極強諧振效應。
圖7為對應於圖6(a)之曲線圖，但其中對準位置誤差X-X0.針對在自-1奈米至+1奈米之範圍內之五個不同失配值Δd被標繪為為波長之函數。本發明人已觀察到，色彩相依對準位置良好地近似依解析度特徵與對準光柵間距之間的失配之線性函數。對準位置位移以及色彩兩者之線性的觀察為正要被採用以獲得針對次分段標記之(未知)失配而校正之位置量測的觀察。
圖8進一步說明針對使用各自處於三個不同波長λ之(a)Y偏振及(b)X偏振進行之量測的具有不同移位之位置誤差之線性。在此狀況下，水平軸線展示已故意地引入至模擬標記結構中之移位或位移d之值。已將位移d加至0.5奈米之模擬失配Δd，其中不同值被指示為d1、d2、d3等等。應注意，對於每一波長及偏振，測定位置隨著位移d而 線性地變化。此外，應注意，當被加之位移d=-0.5奈米確切地足以與經模型化之未知失配Δd=0.5奈米相消時，測定位置與粗略光柵位置確切地匹配(X-X0=0)。此外，在此條件下，測定位置誤差為零，而不管波長或偏振如何。
現在，在圖8所表示之模擬量測中，失配係已知的，但在實際量測情形中並非彼狀況。圖9說明可如何採用失配與位置誤差之間的已知關係(線性)以組合在不同波長及/或偏振下之位置量測以視需要而判定X0、XAR及Δd之全部。
在圖9(a)中，標繪針對波長λ1及λ2之不同值的使用波長λ1而量測之位置X1與使用波長λ2而量測之位置X2之間的差ΔX。在圖9(a)中，運用失配Δd=0奈米及不同位移d來模擬該等量測。不管選擇多少波長，由於如圖8所說明之其線性關係，差值ΔX將在位移d為零時皆為零。如在圖8(b)中所見，假設到，失配按照推測係未知的。此處，0.75奈米之失配已用於該模擬中，但實際上係未知的。在觀察到已報告位置之間的差在位移d為-0.75奈米時為零的情況下，位移d確切地足以與未知失配Δd相消。當然，在所處理問題中，並不知道失配，且並不知道位置量測對失配之相依性。然而，若可產生經設計成具有之間具有已知不同位移之部分的標記，則可在線性曲線圖上獲得兩個點，且可藉由內插或外插來計算零之位置以得知失配Δd。
圖10說明用來採用上文所呈現之原理的已修改對準標記702之結構。可代替簡單標記202來使用該新穎標記。亦可易於設想具有Y方向及XY方向之版本。標記702有效地為具有兩個片段702-1及702-2之複合標記。每一片段自身為包含圖5所說明之一般形式之次分段光柵的標記。在附近亦將提供藉以可使標記在初步步驟中由感測器「捕捉」之較粗略結構。此等細節為熟習此項技術者所熟知。圖式之頂部處展示第一片段702-1之示意性橫截面，而底部處展示第二片段702-2 之橫截面。在該等橫截面中，如在圖5中，展示總圖案之重複單元中僅一者，其係以空間區為中心。展示僅三個依解析度標記，且出於清楚起見而誇示移位。一實際標記將在較大圖案之每一空間區中具有大約依十個至二十個解析度之標記及空間。在每一片段中，存在在標記之形成期間由像差或其類似者造成之未知失配Δd及已知位移d兩者。未知失配針對該兩個片段相等(或被假定為相等)，而標記經設計成使得第一片段具有位移d1，位移d1係已知的且不同於片段702-2中應用之位移d2。實務上，可將位移d1、d2選擇為相等量值之正值及負值，以便平衡零之任一側之故意位移d(亦即，d1=-d2)。然而，待描述方法在量值不相等的情況下且在位移皆處於相同方向的情況下工作。相似地，位移無需大於抑或小於未知失配。圖10所說明之實例具有在相對方向上之位移，但其中量值小於(未知)失配Δd。因此，總位移針對兩個片段處於相同方向。
參看圖11之流程圖，現在描述用以獲得使用具有片段及位移d之新標記之更詳細位置量測的方法之一項實施例。假定到，作為圖1之微影裝置中的對準步驟之部分而執行該等量測，但當然可出於其他目的而應用該方法以進行位置量測。將使用圖10所展示之類型之僅僅兩個片段以及兩個波長/偏振組合以在一個方向上量測位置來呈現簡單實例。可視需要而在實際實施中添加更多複雜性，且下文將簡要地描述該方法之一些延伸。此方法之步驟係可與使用相同標記之其他量測之執行進行組合。可視需要而應用較少步驟，此係(例如)因為需要輸出僅一個特定結果。將首先描述總方法，接著解釋基礎數學計算。本文所揭示之技術決不限於此等特定實例，或任何特定形式或數學表達式。可以許多不同記數法及演算法來表達此處所解釋之概念，同時仍應用此處所揭示之基本原理。
在步驟S1中，基板在微影程序中使一或多個標記形成於基板上 以充當位置量測標記(對準標記)。通常，橫越基板形成許多標記。每一標記包含藉由微影程序而形成之次分段光柵，在該微影程序中，光學像差或其他原因引入粗略對準光柵之位置與該光柵之標記區或空間區內之依解析度特徵之位置之間的未知失配Δd。根據本文所含有之新教示，每一標記係在兩個或兩個以上片段除了具有未知失配以外亦具有不同已知位移d的情況下形成。
在稍後時間，或許在許多介入程序步驟之後，出於施加元件圖案之目的(在此實例中)而將基板裝載至微影裝置中。在步驟S2中，使用裝置之對準感測器AS以運用波長及偏振(λ,p)之不同組合來獲得第一標記片段702-1之位置之兩個或兩個以上量測X1。在步驟S3中，運用波長及偏振(λ,p)之相同組合來獲得第二標記片段702-2之位置之兩個或兩個以上量測X2。
在步驟S4中，藉由比較步驟S2中針對第一片段所量測之不同位置來計算至少一位置差ΔX。在步驟S5中，藉由使用步驟S3中量測之對應對位置來比較針對第二片段所量測之不同位置而計算位置差ΔX。每一ΔX對應於同一對波長及/或偏振。若如在圖4之裝置中進行多個量測，則可根據預定配方及/或根據在量測時進行之品質評估來選擇待使用之最好對。沒有什麼能夠防止使用兩個以上對以獲得用於每一片段之多個ΔX值。
在步驟S6中，將用於兩個片段之ΔX值與已知位移d之值進行組合以計算以下各者中任一者或全部：(i)未知失配Δd；(ii)粗略對準光柵之真實中心位置X0；及(iii)依解析度光柵之真實中心位置XAR。下文將給出此等計算及其基礎基本原理之更多細節。
再次參看圖10所說明之實例標記，第二片段中之組合式移位-d2+Δd被展示為在量值方面大於第一標記中之組合式移位-d1+Δd。相比於步驟S2中針對第一片段所報告之位置，步驟S3中針對第二片段 中之不同色彩及偏振而由感測器報告的標記位置X之量測更寬地間隔，且更遠離於粗略光柵抑或依解析度光柵之真實位置。就計算而言，步驟S5中針對第二片段所計算之位置差ΔX將比步驟S4中針對第一片段所計算之ΔX大得多。如在圖8及圖9之曲線圖中已經看出，若該等位移中之一者實際上將與失配確切地相消，則所有已報告位置將相同且用於彼片段之ΔX將為零。
在步驟S7中，在量測所有所要標記、操作位階感測器等等之後，使用微影裝置之投影系統PS而將產品或元件圖案施加於基板W(圖1)之目標部分C處。因為已量測失配且相應地校正位置值，所以產品特徵之定位係與所要位置較準確地對準，且與先前微影步驟中製造之底層特徵較準確地對準。雖然測定粗略光柵位置X0相比於習知方法中已經較準確，但應注意，亦直接地可得到依解析度之XAR位置，而不管此等特徵遠低於對準感測器之解析能力。此情形提高在經施加圖案之定位中使用依解析度之位置XAR之可能性。因為依解析度特徵更像經施加圖案中之產品特徵，所以使用此位置量測相比於粗略光柵位置X0可給出彼等產品特徵之較準確置放(假定到，微影步驟中之像差將相似於形成標記之步驟中之像差)。在另外微影步驟之後，已將成品半導體元件或其他產品形成於基板上。
可以任何所要順序來執行該方法之步驟。計算步驟S4至S6可作為離散步驟而執行，或合併成單一較大計算。可針對所有標記儲存偵測器信號，且在稍後階段處理偵測器信號以獲得位置量測。可針對所有標記首先計算位置量測，且稍後校正位置量測，或可在掃描每一標記時立即計算已校正量測。
此實例中之標記片段係極近接地被展示，使得其可被認為處於大基板上之實質上同一部位，且可在感測器之單一遍次中予以量測。接著可以相同於習知標記的方式來輸出組合式位置量測以供使用。原 則上，兩個片段可更寬地分離。此步驟之一個吸引力將為避免由基板上之標記佔據之區域的極大總增加。然而，結果之品質將取決於失配Δd在所有部位處相同，抑或需要被局域地量測而有意義。處理量測結果且在對準中使用量測結果或在量測之後出於其他目的而使用量測結果將更複雜。
失配及已校正位置之計算
現在將詳細地解釋各種結果之數學計算。如所提及，其係基於如下觀察：對於所使用之任何給定波長/偏振，測定位置線性地取決於粗略特徵與依解析度特徵之間的位移d。在出於簡單起見而忽略偏振且集中於波長的情況下，將值K(λ)指派為用於此線性相依性之係數。因此，對於次分段對準光柵，以下關係成立：X(λ)=X 0+K(λ)Δd
X 0=X(λ)-K(λ)Δd
K(λ)係未知的，且取決於標記及其上覆及底層堆疊之許多屬性。需要得知用於K(λ)及Δd之表達式，以便以波長及像差不敏感之方式將測定對準位置X(λ)(其取決於用以形成標記之程序中之波長及像差)準確地校正至表示粗略光柵之中心的位置X0。可將K(λ)看作經對準位置對次分段之移位的敏感度。可藉由量測來自除了具有未知失配以外亦具有已知位移之不同標記片段的位置而運用如上文所解釋之兩個片段來獲得K(λ)及Δd。片段1具有被位移達d1之次分段，且片段2具有被位移達d2之次分段，因此可書寫：X 1(λ)=X 0+K(λ)[d 1+Δd]
X 2(λ)=X 0+K(λ)[d 2+Δd]
X 1(λ)-X 2(λ)=K(λ)[d 1-d 2]
可藉由查看用於兩個不同波長λ1及λ2之兩個片段來得知用於Δd之表達式。對於片段1，此意謂：X 1(λ 1)=X 0+K(λ 1)[d 1+Δd]
X 1(λ 2)=X 0+K(λ 2)[d 1+Δd]
且對於片段2：X 2(λ 1)=X 0+K(λ 1)[d 2+Δd]
X 2(λ 2)=X 0+K(λ 2)[d 2+Δd]
在針對兩個片段相減(步驟S4、S5)的情況下，針對每一片段取得此兩種色彩之間的位置差ΔX，從而給出：X 1(λ 1)-X 1(λ 2)=K(λ 1)[d 1+Δd]-K(λ 2)[d 1+Δd]=[K(λ 1)-K(λ 2)][1+Δd]
X 2(λ 1)-X 2(λ 2)=K(λ 1)[d 2+Δd]-K(λ 2)[d 2+Δd]=[K(λ 1)-K(λ 2)][d 2+Δd]
將兩個方程式相除會給出：
因此，在步驟S6中，可將用於Δd之表達式導出為：
在使用此表達式的情況下，可藉由如下表達式來計算粗略對準光柵之真實中心位置X0：
可藉由如下表達式來獨立地計算依解析度光柵之中心位置XAR：X AR =X 0+Δd
因此，差異分段標記對準策略能夠基於標記片段之已知不同位移(d1、d2)及可量測參數(在此狀況下為片段1處量測之色彩間差及片段2處量測之色彩間差)的組合來復原依解析度結構之位置。如已經提及，無需堆疊資訊來執行此計算，且可使用新標記但僅運用已經提供 於典型對準感測器中之位置信號來執行該計算。該技術進一步獨立於所使用之對準感測器之特定類型，且可與其他感測器而非基於圖3及圖4所展示之自參考干涉計之僅一個感測器一起被應用。
模擬量測結果
為了展示該方法之成功，圖12比較使用剛才所描述之方法而計算之已校正量測與未校正量測。光柵之參數相同於上文針對圖6所描述之參數。在曲線圖(a)及(b)中之不同偏振下進行量測。運用(未知)失配Δd=0.5奈米以及片段位移-1奈米及+1奈米來模型化一標記。使用650奈米及850奈米之波長。出於模擬量測計算之目的而僅知道片段位移d1、d2。該等曲線圖展示出，藉由上文所呈現之方法，可極準確地且獨立於波長來量測依解析度特徵之對準位置XAR。
如已經提及，所說明技術不限於比較使用不同波長而獲得之位置量測。可使用不同偏振，及/或偏振及波長之不同組合。此外，可使用不同照明剖面來獲得同一標記之位置量測，其具有相似結果。即使在波長、偏振及照明剖面之單一組合內，自偵測器430a或430b獲得之位置相依信號亦將含有若干光譜分量。而非僅僅為對應於粗略光柵間距之純正弦波。在上文所提及之同在申請中申請案[參考案P-4099]中，更詳細地解釋可如何自對準感測器中偵測之位置相依信號提取單一位置相依光學信號之不同空間頻率分量。簡言之，此等不同光譜分量表示週期性光柵之基本空間頻率及諧波空間頻率，且其量值及相位係可藉由傅立葉(Fourier)分析而提取。可處理此等光譜分量中每一者以獲得一位置量測。此等不同位置量測將以不同方式受到位移影響，且可用於以上文所描述之方式來量測失配及位置。
熟習此項技術者將認識到，可使用差處於如下參數中僅一者中之若干對位置量測：波長、偏振、照明剖面，及特殊頻率光譜分量。同樣地，可使用同時地在此等參數中之一個以上參數方面不同的若干 對位置量測。該同在申請中申請案[P-4099]之內容係以引用方式併入本文中。
所說明技術不限於線性內插，而是可易於延伸以視需要而校正高階(二次、三次等等)項。會發生的是，就此等實例中考慮之標記及微影程序而言，線性關係極強地成立，如在該等曲線圖中所見。歸因於系統之對稱性，通常根本不存在二次分量。可自如下事實直觀地理解此線性：相比於由對準感測器AS經歷之週期性位置相依信號之間距，依解析度特徵及位移極小。然而，存在可被校正之小三次項，且在其他情形中，高階項可顯著。為了校正此等高階項，需要回應曲線上之更多點(即，四個)來校正三次項，因此將提供具有四個不同已知位移之四個標記片段。將必須決定改良型資訊是否證明由額外片段佔據之額外複雜化及「面積(real estate)」係合理的。亦可設法取樣位置差相對於位移之曲線圖上之更多點，簡單地以改良線性內插之準確度。該技術在存在僅兩個樣本之情況下極好地工作的事實不應被視為排除該技術無論出於何種原因而延伸的實施例。
結論
自以上揭示內容，看出可如何進行位置之量測，其直接地或間接地量測標記中之粗略特徵及依解析度特徵之準確位置，即使當在彼等位置之間存在未知失配時亦如此。可使用新穎之不同標記圖案但使用存在於對準感測器中之位置相依信號來獲得此改良型量測。此等信號中之一些可(例如)為使用對準感測器中偵測之位置相依光學信號之不同色彩及/或偏振而產生的位置量測。替代地或另外，其可為使用不同照明剖面及/或使用同一位置相依信號之不同光譜分量而進行的位置量測。
應理解，控制對準感測器、處理由對準感測器偵測之信號且自此等信號計算適合於用來控制微影圖案化程序之位置量測的處理單元 PU通常將涉及某一種類之電腦總成，其將不予以詳細地描述。電腦總成可為在裝置外部之專用電腦，其可為專用於對準感測器之一或若干處理單元，或替代地，其可為整體上控制微影裝置之中央控制單元LACU。電腦總成可經配置用於載入包含電腦可執行碼之電腦程式產品。當下載電腦程式產品時，此電腦程式產品可使電腦總成能夠控制具有對準感測器AS之微影裝置之前述使用。
儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(liquid-crystal display,LCD)、薄膜磁頭等等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便產生多層IC，使得本文所使用之術語基板亦可指已經含有多個經處理層之基板。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化元件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化元件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化元件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
本文所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻 射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)，以及粒子束(諸如，離子束或電子束)。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如上文所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其中之此電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
702‧‧‧已修改對準標記
702-1‧‧‧第一標記片段
702-2‧‧‧第二標記片段

Claims (24)

  1. 一種使用一光學系統來量測一基板上之標記之位置的方法，每一標記包含在至少一第一方向上週期性地配置之結構，該等結構中至少一些包含較小子結構，每一標記係在該等結構與該等子結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該方法包含：(a)運用輻射來照明每一標記，且使用一或多個偵測器來偵測由該結構繞射之輻射以獲得含有關於該標記之該位置之資訊的信號；(b)處理該等信號以計算至少一標記之一測定位置，該計算使用來自複數個標記之信號連同關於該等標記之該等已知位移之間的差之資訊，以便校正該位置位移之該未知分量。
  2. 如請求項1之方法，其中在步驟(a)中，針對每一標記獲得含有位置資訊之複數個信號，每一信號具有相同形式，但使用具有不同特性之輻射而獲得。
  3. 如請求項1或2之方法，其中在步驟(a)中，針對每一標記獲得含有位置資訊之複數個信號，每一信號包含由一單一偵測器獲得之一位置相依信號之不同光譜分量。
  4. 如請求項2之方法，其中步驟(b)中之該計算係至少部分地基於如下各者之一組合：(i)來自針對該同一標記而獲得之該複數個信號當中之某些信號之間的差；及(ii)針對具有不同已知位移之標記之該等差之間的比率。
  5. 如請求項2之方法，其中步驟(b)中之該計算係至少部分地基於如下假定：針對該複數個信號中每一者，一信號中含有之該位置資訊與一標記之該位置位移之間的一關係具有相同數學形式。
  6. 如請求項5之方法，其中該關係被假定為一線性關係。
  7. 如請求項2之方法，其中具有不同特性之該輻射包括具有不同波長之輻射。
  8. 如請求項2之方法，其中具有不同特性之該輻射包括具有不同偏振之輻射。
  9. 如請求項1或2之方法，其中兩個或兩個以上標記在形成該標記之該等結構與該等結構內之該等子結構之間具有不同已知位移，該兩個或兩個以上標記係極近接地形成以便形成一複合標記，步驟(b)中之該計算得到整體上用於該複合標記之一或多個測定位置。
  10. 如請求項9之方法，其中每一複合標記包含具有不同已知位置位移之一對標記。
  11. 如請求項1或2之方法，其中該處理步驟(b)輸出用於一標記之一位置量測，該位置量測係參考包括該未知位移之該等子結構之該等位置，而非參考不具有該未知位移之該等結構之該等位置。
  12. 一種製造元件之方法，其中使用一微影程序而將一元件圖案施加至一基板，該方法包括藉由參考形成於該基板上之一或多個標記之測定位置來定位該經施加圖案，該等測定位置係藉由一如請求項1至11中任一項之方法而獲得。
  13. 如請求項12之方法，其中藉由參考一位置量測來定位該經施加圖案，該位置量測係參考包括該未知位移之該等子結構之該等位置，而非參考不具有該未知位移之該等結構之該等位置。
  14. 一種具備複數個標記之基板，每一標記包含經配置以在至少一第一方向上以一空間週期而重複之結構，該等結構中至少一些包含一大小為該空間週期之幾分之一的子結構，其中每一標記 係在該等子結構與該等結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該等已知分量針對不同標記係不同的。
  15. 如請求項14之基板，其中具有不同已知位移之兩個或兩個以上標記係極近接地形成以便形成一複合標記，而其他此等複合標記分佈橫越該基板。
  16. 如請求項15之基板，其中每一複合標記包含具有不同已知位置位移之一對標記。
  17. 一種供一微影程序中使用之圖案化元件，該圖案化元件界定一圖案，該圖案在施加至一基板時將產生一如請求項14、15或16之基板。
  18. 一種微影裝置，其包含：一圖案化子系統，其用於將一圖案轉印至一基板；一量測子系統，其用於量測該基板相對於該圖案化子系統之位置，其中該圖案化子系統經配置以使用由該量測子系統量測之該等位置以將該圖案施加於該基板上之一所要位置處，且其中該量測子系統經配置以藉由參考提供於該基板上之標記之測定位置來定位該經施加圖案，且其中該量測子系統經配置以藉由一如請求項1至13中任一項之方法來計算該等標記之該等測定位置。
  19. 一種用於量測一基板上之標記之位置的裝置，該裝置包含：一光學系統，其經調適以用於運用輻射來照明每一標記，且使用一或多個偵測器來偵測由結構繞射之輻射以獲得含有關於該標記之該位置之資訊的信號；一處理配置，其用於處理表示該繞射輻射之信號以獲得與該 結構之一位置相關之複數個結果，每一結果係以一不同方式受到該結構之一屬性之變化影響；及一計算配置，其用於使用由該處理配置獲得之該等結果中之一或多者來計算該結構之一位置，其中該計算配置經配置以使用來自複數個標記之信號來計算至少一標記之一測定位置，每一標記包含在至少一第一方向上週期性地配置之結構，該等結構中至少一些包含較小子結構，每一標記係在該等結構與該等子結構之間存在一位置位移的情況下形成，該位置位移為已知分量及未知分量兩者之一組合，該計算配置使用該等信號連同關於該等標記之已知位移之間的差之資訊，以便校正該位置位移之該未知分量。
  20. 如請求項19之裝置，其中該照明配置經配置以運用波長及偏振之複數個組合之輻射來照明該結構，該偵測配置經配置以分離地偵測該複數個組合之該輻射，且其中由該處理配置獲得之該複數個結果包括使用不同組合之輻射而獲得之複數個結果。
  21. 如請求項19或20之裝置，其中由該處理配置獲得之該複數個結果包括對應於該繞射輻射中之不同繞射階之複數個結果。
  22. 如請求項19或20之裝置，其中該裝置經配置以運用該輻射來掃描該結構，且該光學系統包括一干涉計，該干涉計經配置以產生隨著該裝置掃描該結構而變化之至少一位置相依信號。
  23. 一種包含機器可讀指令之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一處理元件執行如請求項1至13中任一項之方法之步驟(b)的該計算，以獲得一或多個標記之一測定位置。
  24. 如請求項23之產品，其進一步包含用於控制一微影裝置以將一圖案施加至該基板而處於藉由參考該標記之該計算出之位置而界定之一位置的指令。
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