TW201502467A - 檢測方法及裝置、用於其中的基板及元件製造方法 - Google Patents

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Simon Gijsbert Josephus Mathijssen
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Abstract

一種基板，其具備元件結構及度量衡結構(800)。該等元件結構包括展現一或多個波長之激發輻射之非彈性散射的材料。該等元件結構包括在一或多個尺寸方面足夠小而使得該非彈性散射之特性受到量子侷限顯著地影響的結構。該等度量衡結構(800)包括在組成物及尺寸方面相似於該等元件特徵之似元件結構(800b)，及校準結構(800a)。該等校準結構在組成物方面相似於該等元件特徵，但在至少一個尺寸方面不同。在使用實施拉曼光譜法之一檢測裝置及方法的情況下，可藉由比較自該似元件結構及該校準結構非彈性地散射之輻射的光譜特徵來量測該等似元件結構之該等尺寸。

Description

檢測方法及裝置、用於其中的基板及元件製造方法
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術進行之元件製造中的檢測裝置及方法。
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。
為了監視微影程序，量測經圖案化基板之參數。舉例而言，參數可包括形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及經顯影感光性抗蝕劑及/或經蝕刻產品特徵之臨界尺寸(通常為線寬)。可 對產品基板及/或對專用度量衡目標執行此量測。存在用於進行在微影程序中形成之顯微結構之量測的各種技術，包括使用掃描電子顯微鏡及各種特殊化工具。快速且非侵入性之形式的特殊化檢測工具為散射計，其中將輻射光束引導至基板之表面上之目標上且量測散射光束或反射光束之屬性。藉由比較光束在其已由基板反射或散射之前與之後的屬性，可判定基板之屬性。舉例而言，可藉由比較反射光束與相關聯於已知基板屬性之已知量測庫中儲存之資料來進行此判定。兩種主要類型之散射計為吾人所知。光譜散射計將寬頻輻射光束引導至基板上且量測被散射至特定窄角範圍中之輻射之光譜(作為波長之函數的強度)。角解析散射計使用單色輻射光束且量測作為角度之函數的散射輻射之強度。
隨著微影程序之解析度增加，將在基板上產生低於當前散射計之解析度的愈來愈小之特徵。為了在較高解析度下執行散射量測，吾人可考慮使用較短波長之輻射。原則上，在紫外線(UV)範圍內之波長對於此情形可有效。然而，用於此等波長之光學系統變得特別複雜，且特徵大小繼續收縮超出經典光學件之解析度。技術藍圖在未來幾年內指向小於20奈米之特徵大小，且甚至指向小於10奈米之特徵大小。
雖然存在諸如掃描電子顯微法(scanning electron microscopy,SEM)及原子力顯微法(atomic force microscopy,AFM)之技術以用於甚至此等小特徵之準確成像，但該等技術為以接觸為基礎之方法(contact-based method)，其太慢且昂貴而不能在大量生產中用作常規檢測工具。因此需要新形式之檢測方法及裝置，特別是適合於量測具有處於當前微影程序及下一代微影程序之解析度之特徵大小的經大量生產之度量衡目標的檢測方法及裝置。理想地，新檢測方法將高速地且以非接觸方式操作，以執行相似於由現今在大量生產中使用之散射計所起之作用的作用。
拉曼(Raman)光譜法為因基於非彈性散射之現象來量測材料特性而為吾人所知的技術。簡言之，拉曼光譜包括處於自入射輻射光束之波長移位之波長的分量。波長改變並非由任何螢光效應造成，而是由散射光子與使其散射之材料之間的能量交換造成。通常，該能量交換包含該等光子與該材料之分子或晶格結構之振動能量模式之間的耦合。在US 7,903,260中，將光譜散射計與拉曼光譜儀進行組合以便選擇性地分析材料屬性。亦即，US'260教示到，藉由量測為來自具有似產品特徵之週期性光柵結構之一階繞射信號之信號的拉曼光譜，可確保該拉曼光譜表示該等似產品特徵之材料特性。然而，US'260並未提議對小於散射計之解析度之產品的任何應用。其亦未提議使用拉曼光譜作為用以研究結構之尺寸特性(相對於材料特性)的方式。
本發明人已提及到，在極小尺寸下，量子效應在經受低於某一大小之空間侷限之樣本中強烈地影響以拉曼光譜所表示之非彈性散射。本發明人已進一步認識到，此空間侷限影響係可以拉曼光譜予以量測，且用作演算結構之尺寸特性而非僅僅材料特性之基礎。
根據本發明之第一態樣，提供一種檢測一目標結構之方法，其包含如下步驟：(a)將具有一第一波長之輻射引導於該目標結構處；(b)接收由該目標散射之輻射且形成該散射輻射之一光譜，以便區分該光譜中歸因於由該目標結構之非彈性散射而具有不同於該第一波長之波長之一或多個光譜分量；(c)基於該等光譜分量之特性來演算該結構之一尺寸特性。
該方法可進一步包含：除了該第一波長之該輻射以外，亦將泵浦輻射引導至該目標結構，藉以增加該演算中使用之該等光譜分量之強度。
在本發明之特定實施例中，處理器經配置以藉由比較自該目標結構獲得之該等光譜分量之特性與自一校準結構獲得之對應光譜分量之特性來執行該演算，該兩個結構在惟尺寸除外之所有特性方面相似。舉例而言，該校準結構可在臨界尺寸方面大於該目標結構。
該演算可基於該等光譜分量中之一或多者之一波長的一移位，及/或基於該等光譜分量中之一或多者之一增寬。
本發明進一步提供一種檢測裝置，其包含：- 照明光學件，其用於將具有一第一波長之輻射引導於一目標結構處；- 偵測光學件，其用於接收由該目標散射之輻射且用於形成該散射輻射之一光譜；- 一偵測器，其用於將該光譜轉換成電信號；及- 一處理器，其用於基於該經偵測光譜中具有不同於該第一波長之波長之一或多個光譜分量之特性來演算該結構之一尺寸特性。
本發明進一步提供一種執行一微影程序之方法，其包含如下步驟：藉由該微影程序在一基板上形成元件結構及至少一個度量衡目標結構；藉由如上文所闡述之根據本發明之一方法來量測該度量衡目標結構之一尺寸特性；及根據該尺寸特性之測定值來控制該測定基板及/或另外基板之後續處理。
在一實例應用中，控制該測定基板之後續處理，以便在該測定特性位於某一容許度外部的情況下造成該基板之重工或拒絕。
在另一實例應用中，控制另外基板之處理，以便校正在針對該測定基板所演算之該尺寸特性中觀測之一偏差。
本發明又進一步提供一種製造一元件之方法，其包含：藉由如上文所闡述之根據本發明之一微影程序將一或多個元件圖案施加至一基板；及處理該基板以形成包括該等元件結構之元件作為功能器件。
本發明進一步提供一種呈一暫時性或非暫時性儲存媒體之形式的電腦程式產品，該暫時性或非暫時性儲存媒體攜載機器可讀指令，該等機器可讀指令在藉由一處理而執行時在以上態樣中之一或多者中實施本發明。該處理器可為一單機處理元件，或其可包含一檢測裝置之一控制處理器或一微影裝置之一控制處理器。
本發明又進一步提供一種供如上文所闡述之根據本發明之方法及裝置中使用的基板。
該基板可具備元件結構及度量衡結構，該等元件結構包括展現一或多個波長之激發輻射之非彈性散射的材料，該等元件結構包括在一或多個尺寸方面足夠小而使得該非彈性散射之該等特性受到量子侷限顯著地影響的結構，該等度量衡結構包括：至少一個似元件結構，其為在其組成物及尺寸方面相似於該等元件特徵之一結構；及至少一個校準結構，該校準結構在其組成物方面相似於該等元件特徵，但在至少一個尺寸方面不同。
該校準結構可大於該似元件結構。該校準結構可在一或多個尺寸方面足夠大而使得該非彈性散射之該等特性除了受到該等量子侷限效應影響以外未受到顯著地影響。實例尺寸將取決於該材料。藉由比較此等結構之該非彈性散射，該基板允許觀測該量子侷限影響，且因此允許該似元件結構之一尺寸估計。舉例而言，當該目標結構係由矽製成時，該目標結構可具有小於22奈米之一臨界尺寸，而該校準結構具有大於25奈米之一臨界尺寸。
該基板可在一功能元件之製造中包含一中間載物台，或其可包含留存有該等度量衡結構之一已完成功能元件。
本發明又進一步提供一種供一微影程序中使用之圖案化元件，該圖案化元件攜載一圖案，該圖案在施加至一基板且經受一或多個另外程序步驟時產生如上文所闡述之根據本發明之一基板。
下文參看隨附圖式來詳細地描述本發明之另外特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文所描述之特定實施例。本文僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
100‧‧‧目標結構/目標
102‧‧‧輻射光束/入射輻射/激發輻射/入射探查光束
104‧‧‧源
106‧‧‧散射輻射
108‧‧‧偵測配置
108'‧‧‧偵測配置/第二偵測器
110‧‧‧非彈性散射輻射
112‧‧‧處理單元
120‧‧‧泵浦輻射
122‧‧‧泵浦源/泵源
200‧‧‧大峰值
202‧‧‧小峰值/曲線
202'‧‧‧峰值
202"‧‧‧峰值
204‧‧‧波長差/斯托克移位
206‧‧‧第二峰值
208‧‧‧拉曼移位
300‧‧‧散裝材料
302‧‧‧曲線
400‧‧‧結構
402‧‧‧結構
800‧‧‧目標/目標結構/度量衡結構
800a‧‧‧目標區域/校準區域/校準結構
800ah‧‧‧水平定向結構
800as‧‧‧結構
800av‧‧‧垂直定向結構
800b‧‧‧目標區域/似元件結構
800bh‧‧‧水平定向結構
800bs‧‧‧結構
800bv‧‧‧垂直定向結構
802‧‧‧激發輻射源
804‧‧‧帶通濾光器
806‧‧‧鏡面
808‧‧‧偏振器
810‧‧‧光束分裂器
812‧‧‧接物鏡/物鏡
814‧‧‧透鏡
816‧‧‧針孔
818‧‧‧光譜光柵
820‧‧‧偵測器/偵測配置
821‧‧‧輻射光譜
822‧‧‧處理單元
830‧‧‧激發光束/激發(探查)光束
832‧‧‧散射光束/散射輻射
840‧‧‧接物鏡
842‧‧‧接物鏡
850‧‧‧泵浦輻射/泵浦雷射光束/泵光束
852‧‧‧接物鏡
854‧‧‧接物鏡
856‧‧‧物鏡/接物鏡
858‧‧‧透鏡/接物鏡/物鏡
860‧‧‧接物鏡/透鏡
862‧‧‧拉曼散射光/散射光束
870‧‧‧泵源
872‧‧‧帶通濾光器
874‧‧‧偏振器
876‧‧‧雙向色鏡面
900‧‧‧光束分裂器
902‧‧‧激發光束之小部分
904‧‧‧第二濾光器
906‧‧‧偵測器
908‧‧‧回饋控制信號
1300‧‧‧步驟
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
1308‧‧‧步驟
1310‧‧‧步驟
1312‧‧‧步驟
1314‧‧‧步驟
1316‧‧‧步驟
1318‧‧‧步驟
1320‧‧‧步驟
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
D1‧‧‧元件區域
D2‧‧‧元件區域
D3‧‧‧元件區域
D4‧‧‧元件區域
DE‧‧‧顯影器
FW2‧‧‧半高全寬
FW3‧‧‧半高全寬
FW100‧‧‧半高全寬
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
M‧‧‧圖案化元件
MA‧‧‧圖案化元件/光罩
MK1‧‧‧光罩對準標記
MK2‧‧‧光罩對準標記
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
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
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器/機器人
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧源收集器模組/輻射源
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將參看隨附圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪微影裝置；圖2描繪微影製造單元(lithographic cell)或叢集；圖3說明執行拉曼光譜法之檢測裝置之原理組件；圖4說明光譜法中之拉曼移位現象；圖5展示由尺寸侷限造成的拉曼光譜之變化；圖6(a)至圖6(d)說明能態密度如何受到導致圖5所說明之現象的不同侷限類型影響；圖7(a)及圖7(b)說明藉由微影程序而形成之結構，其說明不同空間侷限程度；圖8為用於將拉曼光譜法應用於形成於基板上之結構之尺寸量測之實務器具的示意圖；圖9(a)至圖9(e)說明如在圖8中所看到之器具之構造的變化(a)至(e)，其中變化(c)至(e)包括泵輻射源之源；圖10說明器具之構造的另一變化，其中偵測到前向散射輻射；圖11說明器具之構造的另一變化，其中偵測到後向散射輻射及前向散射輻射兩者； 圖12說明供圖8至圖10之裝置中使用的包括回饋控制之輻射源配置；圖13(a)及圖13(b)展示供圖8至圖10之裝置用來監視微影程序之效能的實例目標結構之形式；及圖14為根據本發明之一實施例的包括顯微結構之檢測之實例元件製造方法的流程圖。
本說明書揭示併入本發明之特徵的一或多個實施例。所揭示實施例僅僅例示本發明。本發明之範疇不限於所揭示實施例。本發明係由此處隨附之申請專利範圍界定。
所描述實施例及在本說明書中對「一項實施例」、「一實施例」、「一實例實施例」等等之參考指示出所描述實施例可包括一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此等片語未必係指同一實施例。另外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此特徵、結構或特性皆係在熟習此項技術者之認識範圍內。
本發明之實施例可以硬體、韌體及/或軟體之組合予以實施。本發明之實施例亦可被部分地實施為儲存於機器可讀媒體上之指令，該等指令係可由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸呈可由機器(例如，計算元件)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀媒體可包括：唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體元件；電學、光學、聲學或其他形式之傳播信號(例如，載波、紅外線信號、數位信號等等)；及其他者。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文中被描述為執行某些動作。然而，應瞭解，此等描述僅僅係出於方 便起見，且此等動作事實上係由計算元件、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等等之其他元件引起。
然而，在更詳細地描述此等實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例的實例環境。
圖1示意性地展示根據本發明之一實施例的包括源收集器模組SO之微影裝置LAP。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，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，光罩或比例光罩)MA，且連接至經組態以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)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以準確地定位該基板之第二定位器PW；及投影系統(例如，反射投影系統)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)。或者，裝置可屬於反射類型(例如，使用如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。
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)適合引導鏡面及/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之情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PL，該投影系統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、2-D編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，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WT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MK1、MK2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WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT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WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PL之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT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WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT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。
如圖2所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作叢集)之部件，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、冷卻板CH，及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統(track)之此等元件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。
為了正確地且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等之屬性。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在檢測可足夠迅速地且快速地進行以使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工--以改良良率--或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行曝光。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行另外曝光。
使用一檢測裝置(圖2中未繪示)以判定基板之屬性，且尤其是判定不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在層與層之間變化。該檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機元件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置在曝光之後立即量測經曝光抗蝕劑層中之屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度--在 已曝光至輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差--且並非所有檢測裝置皆具有足夠敏感度來進行潛影之有用量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取量測，曝光後烘烤步驟(PEB)通常為對經曝光基板進行之第一步驟且增加抗蝕劑之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段時，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能進行經顯影抗蝕劑影像之量測--此時，抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分已被移除--或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後者可能性限制重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
當前散射計在其解析能力方面受到限制，而半導體工業正走向技術「節點(node)」，其中特徵將低於當前散射計之解析能力。雖然諸如掃描電子顯微法(SEM)及原子力顯微法(AFM)之技術為吾人所熟知且能夠產生最小可能結構之影像，但SEM及AFM亦被已知為昂貴且耗時之技術。散射計在大量生產環境中用於檢測之吸引力為：可相對快速地進行量測，其將給出關於所形成結構之大小之資訊，而不使用SEM或AFM來實體地檢測每一結構。可藉由移動至使用較短波長(諸如，UV輻射)而向下延伸散射計之解析度。然而，此情形引起其自有之技術挑戰，且可僅在經典繞射光學件可不再解析所製造結構時延期。因此，吾人尋覓用以執行目前藉由散射量測而執行之功能以特性化實質上小於經典光學件之解析能力之結構尺寸的器具。
圖3說明根據本文所提議之新穎方法的拉曼光譜儀之基本結構及操作原理，該拉曼光譜儀可用作檢測裝置以量測較小顯微結構之尺寸特性。目標結構100係由來自源104之輻射光束102輻照。由目標散射之輻射106係由偵測配置108偵測。如至此所描述，該裝置看起來相似於習知散射計，其中影響散射輻射之繞射效應將用作量測基礎。因 此，新穎檢測裝置採用被稱為非彈性散射之現象，藉以散射輻射106含有不存在於入射輻射102中之一或多個波長(頻率)之輻射。此等分量為拉曼光譜法中分析之分量。
非彈性散射機制為如下機制：入射光子係由樣本之材料散射，同時取得該材料內的某一其他形式之能量或使入射光子之能量之部分丟失至該材料內的某一其他形式之能量。更通常，使來自光子之能量與材料之振動模式(諸如，分子振動及晶格振動)交換。在週期性晶格材料中，振動模式常常被認為是被稱為聲子之準粒子。此等振動能態通常具有對應於在紅外線範圍內之光子能量的能量，其稍微低於激發輻射中之光子的能量。可特別出現於半導體材料中但亦出現於絕緣體中的另一類型之準粒子為激子，其包含一起表現為準粒子之電子-電洞對。
如所提及，非彈性散射現象引起散射輻射之光譜含有橫靠在入射激發輻射之波長下之峰值的額外移位峰值。可分析此拉曼光譜及/或比較此拉曼光譜與已知材料之光譜，以獲得關於樣本之材料組成物及其他材料屬性的資訊。在激發光子將能量丟失至材料的情況下，散射光子具有較低能量(較長波長)，且此現象被稱作斯托克移位(Stokes shift)。在光子於散射中取得能量的情況下，散射光子具有較短波長，且此情形被稱為反斯托克移位(anti-Stokes shift)。
為了增強非彈性散射信號，已知的是自泵浦源122提供「泵浦」輻射120。該泵浦輻射為適合於改變可用於與拉曼光譜儀之入射輻射102相互作用之能態(振動模式、激子或其類似者)之群體的輻射。入射光束102可被稱作「探查(probe)」光束，而來自泵源122之輻射120可被稱作泵光束。用於探查光束及泵光束之激發源可為連續波(CW)或脈衝式類型之雷射，或甚至為一組合。
為了執行拉曼光譜法，激發輻射102通常具有極窄頻寬，理想地 僅包含信號波長之輻射。在偵測配置中，在偵測之前濾出彼波長之所有輻射，使得可在波長及強度兩者方面偵測非彈性散射輻射110之移位波長。雖然源104可(例如)為單波長雷射，但亦將有用的是使該源提供可在不同波長之間切換之輻射102，以便探查不同材料屬性。
在處理單元112內之演算中數位化及使用用於偵測配置108、108'之信號。同一器具亦可包括執行習知散射量測所需要之組件，且可在此等使用之間共用該等光學組件中之一些，諸如，接物鏡。舉例而言，參看圖3之示意性實例，吾人可設想提供包括光柵結構之度量衡目標，如在已知散射量測目標中一樣。在彼狀況下，可提供第二偵測器108'以用於偵測由目標100上之光柵結構在非零階下繞射之輻射。
圖4說明圖3之檢測裝置所偵測的散射輻射106/110之光譜之小區段。圖4之曲線圖所展示之光譜表示可由偵測配置108看到之光譜。垂直軸線表示以任意單位之輻射強度，而水平軸線表示波長。假設激發輻射102具有波長λ0。將預期到，入射探查光束102之正常彈性散射在波長λ0下引起大峰值200。另一方面，歸因於散射光子與目標100之材料中之振動能態或其他能態之間的耦合，在光譜中在移位波長λ1下出現小峰值202。如所說明，此拉曼峰值相比於λ0具有較長波長且因此具有較低能量。被標註為204之波長差被稱為拉曼移位，或在此狀況下亦被稱為斯托克移位。此峰值(在實際拉曼光譜中可存在若干峰值)指示出某一比例之散射光子已將其能量之部分丟失至材料中之特定能態。
因為斯托克移位204係至較長波長，所以在此領域中常見的是將此斯托克移位稱作「紅移(red shift)」現象。亦如圖4所說明，可在短於探查光束波長λ0之波長λ2下出現一或多個第二峰值206。因此可將亦被稱作反斯托克移位之拉曼移位208稱作「藍移(blue shift)」。對紅移及藍移之參考僅僅指示輻射分別至較長波長或較短波長之移位，且 並不指示出所涉及波長位於可見輻射光譜之任何特定部分中。實際上，其可位於光學光譜之任何部分中，例如，自紅外線波長，通過可見光譜波長，及至紫外線波長中。
雖然在拉曼光譜法中，吾人通常使用額外光譜分量以研究目標之材料屬性，但本發明人已認識到，侷限效應允許使用拉曼光譜法以量測在檢測中之材料之尺寸屬性。現在將參看圖5及圖6來解釋此潛能。
在拉曼光譜法中，常見的是依據波數而非波長或頻率來表達移位204及208。波數為波長之倒數，且通常已以公分倒數(cm-1)為單位予以表達。拉曼移位△ω為最常見的表達，且係藉由以下公式而自原始波長及移位波長予以演算：
其中△ω為以波數而表達之拉曼移位，λ0為激發(探查)光束波長，且λ1為拉曼光譜上之特徵之波長。更通常，所展示之用於在拉曼光譜中表達波數之單位為公分倒數(cm-1)。因為波長信號常常係以奈米為單位予以表達，所以可出於實務目的而將為107之縮放比例包括於以上方程式之右側中。值△ω在斯托克移位(紅移)之狀況下將為正，且在反斯托克移位(藍移)之狀況下將為負。吾人可依據入射電磁場之波向量k及頻率ω來量化非彈性散射。可藉由聲子波向量q來描述晶格位移(舉例而言)。所謂斯托克波具有移位波向量k Stokes=k-q及移位頻率ωStokes=ω-ω0。反斯托克波係由k anti-Stokes=k+q及ωanti-Stokes=ω+ω0定義。
圖5之曲線圖係自下文進一步所提及之Faraci等人(2006年)再生。其展示發生於某一材料(在此狀況下為矽)之拉曼光譜中之峰值202如何隨著位置及形狀稍微不同而出現，此取決於在檢測中之結構之尺寸 特性。用於峰值202之拉曼移位△ω針對特性尺寸為100奈米(曲線202)之結構具有第一值，但針對尺寸為3奈米(202')及2奈米(202")之結構變得逐漸較少地紅移。此外，該等峰值變得逐漸較多地展開，如由其在該曲線圖上被標記為FW100、FW3及FW2之半高全寬所表示。
圖6說明空間侷限對實例材料中之能態密度的影響。圖6(a)在頂部部分中展示習知散裝材料300。在下方之曲線圖中的曲線302說明基本上具有連續形式之能態密度D(E)。
圖6(b)說明當材料實質上侷限於一個維度中時之狀態密度改變。量子侷限效應意謂狀態密度不再連續，而是似階梯。圖6(b)之結構被稱為量子井(quantum well)。
如圖6(c)所展示，在將結構進一步侷限於兩個維度中的情況下，吾人將所得結構稱為「量子線(quantum wire)」。吾人看到狀態密度函數之進一步改變，且最後，如在圖6(d)中所看到，在將材料侷限於三個維度中的情況下，吾人獲得被稱為量子點(quantum dot)之結構。可用能態為受嚴重侷限之離散量化(△形)能態。圖6所說明之現象在半導體物理學領域中為吾人所熟知，例如，如全文以引用方式併入本文中的Simon M.Sze、Kwok K.Ng John Wiley & Sons公司之教科書Physics of Semiconductor Devices(New Jersey ISBN-13：978-0-471-14323-9(參見第61頁))中所解釋。
在科學文獻中，已研究奈米結構之拉曼光譜法，例如，奈米線或各種半導體材料。舉例而言，吾人參考以下論文：
- Faraci等人之「Modified Raman confinement model for Si nanocrystals」(Phys.Rev.B 73,033307(2006年))
- Faraci等人之「Quantum size effects in Raman spectra of Si nanocrystals」(J.Appl.Phys.109,074311(2011年))。
- Wang等人之「Raman spectral study of silicon nanowires：High- order scattering and phonon confinement effects」(Phys.Rev.B 61(24),16827(2000年))。
- Zhao等人之「Quantum Confinement and Electronic Properties of Silicon Nanowires」(Phys.Rev.Lett.92,236805(2004年))。此等論文之全文皆係以引用方式併入本文中。
圖7說明可在半導體元件之製造中由半導體或其他材料形成之結構。結構400狹長且具有某一高度。若其寬度足夠小，則其將在一些方面表現為量子井。具有較低高度之相似結構402可藉由自在圖6中所看到之結構進行類推而執行為量子線。412處所展示之侷限於三維中之相似結構可表現為量子點。可設想各種其他形式之結構，諸如，在2D平面中具有有限大小但在一個方向上較短之量子虛線(quantum dash)。因此，為經縮短量子線。實務上，似產品結構很可能為虛線形。其亦可以不同角度而配置，不與X軸或Y軸對準。
實務上皆已觀測到拉曼移位及峰值增寬(一方面)與目標結構之尺寸特性(另一方面)之間的通用關係，且藉由理論模型來演算該通用關係。本申請案提議採用此觀測以使用拉曼光譜之經變更移位及增寬現象來量測極小結構之尺寸屬性。詳言之，已認識到，雖然習知散射量測技術將隨著結構變得愈來愈小而儘力辨識尺寸特徵，但由尺寸侷限造成之移位及峰值增寬現象的強度在低於此範圍的情況下增加。因此，新技術提供能夠在適當地低於20奈米之情況下進行量測而不採取SEM或AFM技術的檢測裝置之期望。另外，雖然已詳細地研究對電子及電洞之量子侷限效應且將量子侷限效應應用於許多不同類型之電子元件中，但應認識到，在相關聯於分子及結晶材料之振動的能態中出現相似量子效應。可在所有類型之材料中藉由拉曼光譜法來研究此等振動模式。舉例而言，對於矽奈米結構，聲子侷限長度為大約22奈米。此情形確認出拉曼光譜法為用於量測具有低於此長度之尺寸之結 構之尺寸特性的有效方法。
如不久將解釋，實務上皆已觀測到拉曼移位及峰值增寬與目標結構之尺寸特性之間的通用關係，且藉由理論模型來演算該通用關係。此關係之起源在於如下事實：空間侷限引入量子效應，該等量子效應限定材料內之能態之可用性，而不管該等能態為振動模式抑或激子。然而，用於尺寸特性量測之關係的實務使用不取決於任何完美理論模型或定量資料：可簡單地藉由校準相對於已知目標而觀測到的事項來獲得可用量測。
在Wang等人(2000年)中，既藉由量測又藉由模型化來研究不同尺寸之矽奈米線之拉曼光譜。此研究清楚地指示拉曼光譜對經縮減特徵大小之敏感度。拉曼峰值被看到具有大移位，且隨著矽奈米結構變得愈來愈小而變得(i)較少紅移及(ii)增寬。
Faraci等人(2006年，2011年)提供隨著矽奈米結構之大小縮減而支援拉曼峰值之經觀測移位及增寬的理論模型。上文所提及之圖5係基於來自Faraci(2006年)之圖，且描繪針對大小為100奈米、3奈米及2奈米之量子點之經演算拉曼光譜。該等光譜經正規化至彼此相同之高度，其採取相等單位。光譜之線寬係在最大強度之一半處予以量測，如圖5所展示。Faraci等人亦呈現描繪拉曼移位及FWHM之行為依據特徵大小而變化的曲線圖。彼等曲線圖展示隨著特徵大小減低而增加聲子侷限之系統影響。在~5奈米及低於5奈米之大小下，激子侷限亦可起作用。
Zhao等人(2004年)確認出奈米尺度結構展示激子之量子侷限。對於矽奈米線，已發現，激子侷限長度為大約5奈米。低於此長度之侷限導致激子帶隙能量增加，從而引起激子能量移位。歸因於此移位在拉曼光譜中之影響，此移位引起拉曼光譜峰值之位置及廣度移位，該移位又可用作奈米結構尺寸之度量。
雖然以上研究已將矽稱作所關注材料，但量子侷限現象及拉曼光譜法通常決不限於矽或相似半導體材料。實情為，本文所引入之技術可應用於其他半導體材料、應用於諸如氮化矽之複合材料，且顯著地應用於諸如作為抗蝕劑材料而用於微影程序中之有機材料。
圖8說明用於使用拉曼光譜法以判定目標結構之尺寸特性的實務檢測裝置之主組件。目標800可形成於基板W上，基板W已使用圖1之微影裝置及上文參看圖2所描述之處理工具叢集而被圖案化及處理。該檢測裝置包含激發輻射源802、帶通濾光器804、鏡面806、偏振器808、光束分裂器810及接物鏡812。目標800可在相似於微影裝置中之基板台WTa的基板台上安裝於接物鏡下方。在偵測側上，鏡面812配置於光束分裂器810後方，其中透鏡814及針孔816通向光譜光柵818。偵測器820經配置以自光柵818接收輻射光譜821，且將光譜資訊遞送至處理單元822。
在操作中，單色偏振輻射光束係由源802、帶通濾光器804及偏振器808產生。提供濾光器804以「清除」雷射光譜輸出，使得僅存在所要波長。所得輻射形成用於拉曼光譜法之激發光束830，且係經由光束分裂器810及物鏡812而遞送至所檢查之結構800上。散射輻射通過同一接物鏡812而返回至光束分裂器810。此實例中之光束分裂器具有陷波濾光器或雙向色鏡面之形式，使得與激發光束830相同之波長之輻射不能傳遞至鏡面812。因此，僅拉曼移位輻射到達由透鏡814、針孔816、光柵818及偵測器820形成之光譜儀。因此，由偵測器傳遞至處理單元822之信號表示目標800之拉曼光譜。
在激發輻射可具有不同波長之實施例中，應針對當前在使用中之波長提供適當濾光器或雙向色鏡面。此情形係可簡單地由具有不同濾光器之濾光器輪實施。相同情形適用於在源側處提供以「清除」雷射光譜輸出之濾光器804。
雖然圖8展示一個實例裝置，但眾多變化係可能的。源802可為單波長或多波長雷射，或連續體雷射(CW及脈衝式雷射係可能的，參見早期備註)。其可在連續波模式或脈衝式模式或該兩者之某一混合物中操作。偏振器808之定向可固定，或可為可調整式，以便變更入射偏振以適於不同目標。當然，該目標及/或該裝置亦可根據其被安裝之方式而相對於彼此可旋轉。目標800根據其被安裝之方式亦可為可旋轉式。代替該等透鏡中之一或多者，可使用彎曲鏡面以用於聚焦輻射。此情形可在所關注波帶位於紫外線範圍內時特別受關注。
在偵測側處之另外修改係可能的，偵測配置820可包含單一偵測器或多個偵測器。通常，將提供狹長像素陣列以用於捕捉已藉由光柵818之動作而展開之輻射光譜。針孔816可為隙縫，以便在不使光譜模糊的情況下最大化輻射之使用。因為解析拉曼光譜之特徵所需要之光譜解析度極精細，所以自光柵818至偵測器820之路徑長度可比此非尺度圖中指示之長度長得多。舉例而言，自光柵至偵測器之路徑長度可為0.5公尺或1公尺長。可藉由使用鏡面來摺疊此長光學路徑，以提供較緊湊裝置。
參看圖9，在不改變基本光學組態及操作原理的情況下，裝置佈局之各種替代組態係可能的。在圖9(a)處，吾人看到表示圖8之配置，其中單一接物鏡812攜載激發光束830及散射光束832(b)兩者，看到一不同配置，藉以分別經由分離接物鏡840及842而處理激發光束830及散射光束832。目標之照明係可藉由正入射或藉由斜入射。
圖9(c)、圖9(d)及圖9(e)展示亦包括泵雷射之替代組態，該泵雷射對應於在圖3中所看到之泵源122。圖9中未明確地展示泵源，但示意性地展示泵浦輻射850。在泵浦拉曼光譜法中，激發光束830常常亦被稱作「探查」光束，以區分激發光束830與泵光束。在圖9(c)中， 單一接物鏡852負責遞送泵浦輻射及探查輻射，以及接收散射輻射832。在圖9(d)中，配置係與圖8及圖9(a)中之配置相同，其中添加一分離接物鏡854以用於遞送泵浦輻射。最後，在圖9(e)中，吾人看到三個分離透鏡與三個光束，即，物鏡856用於遞送激發光束，透鏡858用於遞送泵浦光束，且接物鏡860用於收集散射輻射832。
應注意，儘管圖9(b)、圖9(d)及圖9(e)展示進入通過各種透鏡之光束之間的寬發散角，但實務上必須關注不同輻射光束之波向量的適當對準。亦即，若泵輻射之波向量與激發輻射之波向量顯著地未對準，則由泵光束在樣本內激發之能態可不與激發(探查)光束830相互作用以便增強拉曼信號。在彼狀況下的泵浦雷射之唯一效應將係使樣本加熱。因此，熟習此項技術者應理解，即使光束係由分離光學系統遞送，相比於示意圖所說明之情形，光束亦可較緊密地對準。
另外，當使用一泵雷射(或兩個激發源)時，兩個雷射通常亦應時間上同步。因此，控制迴路(圖中未繪示)將包括於裝置中以控制由兩個源產生之雷射脈衝之時序。代替直接地驅動雷射之控制，亦可藉由將一種形式之「延遲線(delay line)」包括於光學路徑中來進行同步。
在此等各種組件呈適合組態的情況下，熟習此項技術者將能夠應用此項技術中所知的許多特定種類之拉曼光譜法。此等種類包括：克兒-蓋特(Kerr-Gated)拉曼光譜法；傅立葉(Fourier)變換相干反斯托克拉曼光譜法(Coherent Anti-Stokes Raman Spectroscopy,CARS)；超拉曼光譜法(Hyper Raman spectroscopy)；表面增強型(諧振)拉曼光譜法(Surface Enhanced(resonance)Raman Spectroscopy,SE(R)RS)；受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering,SRS)--SRS四波混合；時間解析拉曼光譜法(Time-resolved Raman spectroscopy)。SRS及CARS為允許借助於非線性激發來增強弱拉曼信號之相干拉曼散射技術。可在文獻中找到所有此等技術之更多細節。不管所使用之技術，皆可預期 到，聲子及其他準粒子之空間侷限將允許藉由聲子及其他準粒子對拉曼光譜之效應來偵測結構之尺寸特性。
圖10說明一另外選項，其中拉曼輻射係前向散射(亦即，透射通過樣本)而非如先前實例中所說明之後向反射。在圖10之配置中，部件係與圖9(e)中相似地進行編號，其中用於泵光束及激發光束(換言之，泵光束及探查光束)之源及光學件位於目標800之上側，且用於拉曼移位光之光學件及偵測配置位於該目標後方。當然，實務上，目標之定向不相關，且諸如頂部、底部、前部及後部之術語可被互換式地解譯。
展示泵源870，其可為單波長或多波長(可調諧式)雷射或連續體雷射以用於供應在適合於在目標800內激發所要能態之波長範圍內的輻射。用於泵浦雷射光束850之光束路徑包括帶通濾光器872及偏振器874。泵浦光束850及激發(探查)光束830組合於雙向色鏡面876中且通過共同接物鏡856/858而遞送至目標。雙向色鏡面876用作帶通濾光器(圖8中之804)以選擇待反射至接物鏡中之所要激發波長，而鏡面亦將對於泵浦輻射透明。據此，兩個雷射可對準成使得其路徑重疊，且進入共同物鏡856/858。
用於拉曼散射光862之收集光學件包含位於目標800之後側處的透鏡860。當然，此實施例假設拉曼信號將在激發光束之前向方向上散射且可在基板之後側處被偵測。此變化中之裝置可經組態(例如)以實施CARS，如上文所提及。取決於所使用之波長及基板之材料，此實施例可受益於藉由基板中之吸收或基板上之特定材料層中之吸收而受到抑制的激發輻射。
圖11展示一替代組態，其中偵測到已前向散射且後向反射之拉曼輻射。亦即，在不改變基本光學組態及操作原理的情況下，可將圖9及圖10之實例之器件組合於單一器具中。在圖11之配置中，部件係與 圖10中相似地進行編號，其中散射光束832表示後向散射拉曼輻射且散射光束862表示前向散射拉曼輻射。圖11中未展示用於激發光束830及泵光束850之源及光學件(若被提供)，其位於目標800之上側，例如，如圖9(c)及圖10所揭示。然而，用於拉曼移位光之光學件及偵測配置位於目標800之上側及下側兩者，而非僅一個側或另一側。舉例而言，後向拉曼散射係可由相似於圖8之光學件及偵測配置的光學件及偵測配置偵測。舉例而言，前向拉曼散射係可由相似於圖10之光學件及偵測配置的光學件及偵測配置偵測。處理單元822自偵測器接收前向輻射及後向輻射兩者之信號。取決於特定目標，且取決於在研究中之尺寸特性，處理單元822可在前向信號與後向信號之間進行選擇，或使用前向信號與後向信號之組合，以獲得尺寸特性之最佳量測。
目標之定向不相關，且諸如頂部、底部、前部及後部之術語可被互換式地解譯。熟習此項技術者將能夠調適裝置佈局以偵測前向散射拉曼輻射及後向散射拉曼輻射。替代組態可包括泵雷射及分離接物鏡以用於遞送探查輻射及泵浦輻射，如圖9所揭示。
圖12說明可應用於以上實施例中以提供激發雷射之即時回饋控制的另一變化。在圖12中，光束分裂器900分接激發光束之小部分902，激發光束之小部分902傳遞通過濾光器904且傳遞至偵測器906，偵測器906比較信號強度與所要位準，且產生回饋控制信號908，回饋控制信號908經供應以控制源802。第二濾光器904為用以避免偵測器之過度曝光之中性密度濾光器。
圖13(a)示意性地展示供圖8至圖11之檢測裝置使用之圖案化元件M及度量衡目標的總佈局。眾所周知，圖案化元件(光罩)M可含有單一元件圖案，或一元件圖案陣列(若微影裝置之場足夠大以容納該等元件圖案)。出於實例起見而假定圖案化元件為光學微影光罩，但其 亦可為(例如)壓印元件。在其他系統中，在(例如)使用可變形鏡面元件或直寫技術的情況下，可根本不使用實體光罩，且圖案化元件可為可程式化。圖13(a)中之實例展示被標註為D1至D4之四個元件區域。切割道目標經置放成鄰近於此等元件圖案區域且置放於此等元件圖案區域之間。在諸如半導體元件之成品基板上，將藉由沿著此等切割道進行切割而將基板W分割成個別元件，使得目標之存在不會縮減可用於功能元件圖案之區域。在目標相比於習知度量衡目標小的情況下，其亦可部署於元件區域內，以允許橫越基板較緊密地監視微影及程序效能。元件區域D1至D4中展示此類型之一些目標。
雖然圖13(a)展示圖案化元件M，但在微影程序之後於基板W上再生相同圖案，且因此，此描述適用於基板W以及該圖案化元件。為了在基板W上製造實際產品，可使用形成完整光罩組之對應圖案化元件序列來循序地施加許多不同元件層。
圖13(a)之下部部分更詳細地展示目標800。該目標被劃分成兩個目標區域800a及800b。在每一區域內，存在一或多個水平定向結構800ah、800bh及一或多個垂直定向結構800av、800bv。區域800a中之結構相比於臨界尺寸受到關注之實際產品特徵具有相對較大尺寸，且將用於基於拉曼光譜法來校準尺寸度量衡。區域800b中之結構被形成為在所有特性方面儘可能地接近於元件區域D1至D4內之所關注元件結構。校準區域800a中之結構被形成為在惟大小除外之所有特性方面儘可能地接近於該等元件結構。可存在每一類型及定向之單一結構，如所說明，或可存在一結構陣列，該等結構可經週期性地配置以便製造光柵(圖中未繪示)。然而，與可預測繞射為操作原理的散射量測中不同，無需光柵結構。當設計呈光柵之形式的目標時，要注意的一點為：相鄰線或圓點中之激子可受到彼此影響，以便相對於單一隔離式結構而改變行為。
作為一實例，雖然區域800b中之結構可具有10奈米之尺寸，但校準區域800a中之結構可具有50奈米或100奈米之尺寸。校準結構之尺寸為謹慎設計選擇之問題。其應儘可能地接近於元件結構之尺寸，而不經歷相同量子侷限效應。否則，校準結構之處理差異可造成其亦具有除了大小以外之不同特性。舉例而言，藉由諸如蝕刻及化學機械拋光之程序而形成的結構可在層高度、邊緣粗糙度、材料應力、摻雜及其類似者方面具有許多差異(若該等結構之尺寸極其不同)。所有此等參數可顯著地影響拉曼光譜，此情形將干涉CD之所要量測。作為基於常見類型之材料的實例，本發明之實施例可具有臨界尺寸大於(比如)25奈米之校準結構，而似元件結構具有小於20奈米之尺寸，例如，小於10奈米。
提供水平定向結構及垂直定向結構會允許量測處理此等結構之影響。又，其允許在不使檢測裝置中之目標或偏振器旋轉的情況下使用不同偏振之輻射進行量測。在一實務實施例中，可存在不同類型之元件結構，且可提供一個以上區域800b。舉例而言，甚至在運用相同標稱CD的情況下，亦可存在線結構及圓點結構(諸如，用於形成接觸孔(通孔))。
圖13(b)說明第二實例目標，其中似圓點特徵被形成為(例如)類似於元件圖案中之接觸孔。再次，校準結構提供於校準區域800a中，且似元件結構提供於區域800b中。在此實例中，每一區域800a、800b含有結構800as、800bs之陣列，結構800as、800bs具有似圓點形式且分別具有臨界尺寸CDas及CDbs。另外變化將包括短於及/或長於圖13(a)所展示之「量子虛線」特徵的「量子虛線」特徵。
雖然圖13(a)及圖13(b)中之特徵被展示為定向至基板座標平面之X方向及Y方向，但實際元件結構可並不如此定向。舉例而言，「6f2」設計之動態隨機存取記憶體(dynamic random access memory, DRAM)元件中之某些層具有以傾斜角而對準之特徵，亦即，既不與X軸對準又不與Y軸對準。對於攜載此等元件層之基板上之度量衡，用於拉曼光譜法之度量衡目標可具備以對應於產品特徵之對準之角度而排列的線及/或圓點。
相似地，出於校準目的，可存在一個以上校準區域800a。亦可提供不同尺寸之校準結構，以在校準曲線上提供額外點。舉例而言，可需要向校準結構提供不同尺寸，例如，其中聲子侷限效應及激子侷限效應在不同尺度下開始起作用，及/或其中侷限效應在不同材料中在不同尺度下開始起作用。原則上，無需針對每一似元件結構提供(或量測)一校準結構，但量測準確度取決於儘可能地消除程序變數及材料變數，且許多此等變數被知道隨著橫越一基板之位置而變化。校準結構亦用來相對於激發光束之強度變化來校準量測。原則上，若似元件結構之尺寸為吾人所熟知，則校準結構可小於似元件結構。然而，在大多數應用中，似元件結構為尺寸以較少確定性被知道之較小結構，且校準結構將較大。
圖13所說明及上文所描述之目標因此僅為可用於本發明之實施例中的目標之幾個實例，且可設想許多變化。此外，本發明不限於量測形成於半導體元件上之圖案，而是可應用於多種結構。又，可預期到，出於許多不同目的，可橫靠實際基板上之目標800提供目標。典型元件製造程序將在各種位置處使用對準標記、疊對量測標記及其類似者。另外，不同目標類型可提供於用於不同層之光罩上。舉例而言，雖然可在一些臨界層上需要本發明之拉曼度量衡目標，但其他層可具有經放寬之尺寸容許度且可使用習知散射量測目標。
圖14為概述一種使用拉曼光譜法及量子侷限原理來量測目標結構之尺寸特性之可能方法的流程圖。該方法形成一元件製造方法之部分，其中(例如)使用圖12所展示之類型之一組圖案化元件M以產生複 合半導體元件。該流程圖展示用於基本上一個層之處理，應理解，將在運用適當修改的情況下重複步驟以逐層地建置元件結構。
在步驟1300處，使用圖1所展示之類型之微影裝置將包括目標結構800之元件圖案施加至基板。(事實上，對於此處所提及的小尺寸之結構，可能應用EUV微影裝置或其他技術。差異對於檢測裝置及方法並不很重要)。在1302處，在抗蝕劑中顯影包括目標結構800之圖案，且該圖案可在CD量測之前經受各種另外處理步驟。事實上，待量測結構可為藉由所謂雙重圖案化或三重圖案化而產生之結構，使得需要若干微影圖案化步驟及/或其他處理步驟以甚至在單一元件層中產生單一組線。
在1304處，將基板裝載至(例如)圖8之檢測裝置中。在一些實施例中，檢測裝置將為與微影裝置分離之單元，且可相關聯於一或多個微影叢集。在其他實施例中，拉曼光譜法裝置可整合至微影裝置中，且(例如)在曝光前度量衡階段(對準)期間使用。在此狀況下，步驟1304中之裝載有效地為在施加另一經圖案化層之前的基板至微影裝置中之裝載。可對所有基板或僅對一樣本執行使用該裝置之檢測。可不檢測或可使用習知散射計或其他構件來檢測其他基板或同一基板上之其他層。除了此處所描述之檢測以外，同一基板當然亦可經受其他類型之檢測。
在1306處，裝置定位目標800，且根據經程式化檢測配方而自校準區域800a內之結構中之一或多者獲得一或多個拉曼光譜。舉例而言，可使用相同或不同激發波長及相同或不同偏振來獲得多個光譜。在1308處，可識別及特性化該或該等光譜中之某些峰值之峰值波長(頻率或波數)及寬度(FWHM)。可在檢測配方中指定所關注峰值。
在1310處，在與用於步驟1306中相同的條件或波長、偏振等等下，裝置自目標區域800b內之結構中之一或多者獲得一或多個拉曼光 譜。在1312處，由處理單元822識別及特性化該或該等測定光譜中之峰值之峰值波長及寬度。檢測配方確保經選擇用於量測及特性化之光譜及峰值係與用於校準結構之光譜及峰值相同。
在1314處，藉由比較步驟1306及1308中獲得之光譜中之一或多個峰值的測定特性，處理單元822演算區域800b中之目標結構之CD或其他尺寸參數。輸出此CD或其他尺寸參數以用作元件結構之CD之量測。演算可完全地基於經驗上獲得之關係、理論模型，或兩者之組合。以此方式，方法之效用不取決於對基礎實體現象的完整且準確之理解。
不言而喻，可針對橫越基板而定位之不同目標重複步驟1306至1314，以隨著目標橫越基板進行變化而獲得該尺寸特性之映像。在進行此操作時，一設計選擇問題是分析及演算步驟1308、1312及1314中任一者或全部係與獲得步驟1306、1308同時地執行抑或僅在已收集所有資料之後才執行。
在1316處，視情況，可藉由超過檢測配方中或微影叢集或微影裝置之控制程式中定義之某些容許度的CD量測(或量測群組)來觸發一動作。取決於已超過哪些臨限值，可設想一範圍之動作。針對一個層或元件類型之臨限值相比於針對其他層或元件類型之臨限值可不同。測定CD位於功能容許度外部之一個動作將係使基板轉向以供重工或廢棄。儘管重工或廢棄基板昂貴，但佔據處理已經在一個臨界層中有缺陷之基板上之後續層的微影叢集亦昂貴。測定CD位於功能容許度內的另一類型之動作將係將CD量測及/或所建議校正饋送至程序控制系統中，使得可調整微影程序之參數以改良用於後續基板之CD。
取決於哪一特定產品層正被圖案化，處理在1318處結束抑或在1320處返回以用於塗佈、曝光、蝕刻等等之另外步驟。當程序已結束時，基板進行至測試、分割及封裝步驟，以遞送成品半導體產品。 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，本文所描述之微影及度量衡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(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術語「基板」或「目標部分」同義。
儘管在上文中可已特定地參考本發明之實施例在如已經提及的光學微影之內容背景中之使用，但其不限於光學微影。舉例而言，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。待施加至基板之圖案無需實體地存在於似光罩圖案化元件上。另一已知替代方案係提供可程式化圖案化元件及/或使用所謂直寫方法。因此，術語「圖案化元件」應被解譯為亦涵蓋待施加圖案係由經儲存數位資料界定之元件。
上圖之微影裝置可經設計成使用處於UV波長之輻射而操作，視需要，該等設計可由熟習此項技術者調適以使用不同或較寬範圍之波長。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。尤其對於EUV波長，圖1之投影系統PS將為反射器件之形式。
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，特別是關於量測程序之控制及用於校準及量測之結果之處理，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的而非限制性的。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另外修改。
1300‧‧‧步驟
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
1308‧‧‧步驟
1310‧‧‧步驟
1312‧‧‧步驟
1314‧‧‧步驟
1316‧‧‧步驟
1318‧‧‧步驟
1320‧‧‧步驟

Claims (29)

  1. 一種檢測一目標結構之方法，其包含如下步驟：(a)將具有一第一波長之輻射引導於該目標結構處；(b)接收由該目標散射之輻射且形成該散射輻射之一光譜，以便區分該光譜中歸因於由該目標結構之非彈性散射而具有不同於該第一波長之波長之一或多個光譜分量；(c)基於該等光譜分量之特性來演算該結構之一尺寸特性。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟(b)包括在形成該光譜之前阻擋該第一波長之輻射。
  3. 如請求項1或2之方法，其進一步包含：除了該第一波長之該輻射以外，亦將泵浦輻射引導至該目標結構，藉以增加該演算中使用之該等光譜分量之強度。
  4. 如請求項1或2之方法，其中經由一共同物鏡器件而部分地執行該照明步驟及該接收步驟。
  5. 如請求項1或2之方法，其中經由分離物鏡器件而執行該照明步驟及該接收步驟。
  6. 如請求項5之方法，其中在與該照明光學件之側相對的該目標結構之一側上接收該散射輻射之至少一部分，藉此接收前向散射輻射。
  7. 如請求項6之方法，其中在與該照明光學件之側相同的該目標結構之一側上接收該散射輻射之另一部分，藉此接收前向散射輻射及後向散射輻射。
  8. 如請求項1或2之方法，其中處理器經配置以藉由比較自該目標結構獲得之該等光譜分量之特性與自一校準結構獲得之對應光譜分量之特性來執行該演算，該兩個結構在惟尺寸除外之所有 特性方面相似。
  9. 如請求項8之方法，其中該校準結構具有大於該目標結構之臨界尺寸的一臨界尺寸。
  10. 如請求項1或2之方法，其中該演算係至少部分地基於該等光譜分量中之一或多者之一波長的一移位。
  11. 如請求項1或2之方法，其中該演算係至少部分地基於該等光譜分量中之一或多者之一增寬。
  12. 如請求項1或2之方法，其中該目標結構具有小於22奈米之一臨界尺寸，視情況小於10奈米。
  13. 一種檢測裝置，其包含：照明光學件，其用於將具有一第一波長之輻射引導於一目標結構處；偵測光學件，其用於接收由該目標散射之輻射且用於形成該散射輻射之一光譜；一偵測器，其用於將該光譜轉換成電信號；及一處理器，其用於基於該經偵測光譜中歸因於非彈性散射而具有不同於該第一波長之波長之一或多個光譜分量之特性來演算該結構之一尺寸特性。
  14. 如請求項13之裝置，其中該偵測光學件經配置以在形成該光譜之前阻擋該第一波長之輻射。
  15. 如請求項13或14之裝置，其除了包含該第一波長之該輻射以外，亦進一步包含至該目標結構之一泵浦輻射源，藉以增加該演算中使用之該等光譜分量之強度。
  16. 如請求項13或14之裝置，其中該照明光學件及該偵測光學件共用一共同光學器件。
  17. 如請求項13或14之裝置，其中該照明光學件及該偵測光學件包 含分離光學器件。
  18. 如請求項17之裝置，其中該偵測光學件之至少一部分位於與該照明光學件之側相對的該目標結構之一側上，藉此接收前向散射輻射。
  19. 如請求項18之裝置，其中該偵測光學件之部分位於該目標結構之兩個側上，藉此偵測前向散射輻射及後向散射輻射。
  20. 如請求項13或14之裝置，其中該處理器經配置以藉由比較自該目標結構獲得之該等光譜分量之特性與自一校準結構獲得之對應光譜分量之特性來執行該演算，此係假定該等結構在惟尺寸除外之所有特性方面相似。
  21. 如請求項13或14之裝置，其中該演算係至少部分地基於該等光譜分量中之一或多者之一波長的一移位。
  22. 如請求項13或14之裝置，其中該演算係至少部分地基於該等光譜分量中之一或多者之一增寬。
  23. 一種執行一微影程序之方法，其包含如下步驟：藉由該微影程序在一基板上形成元件結構及至少一個度量衡目標結構；藉由一如請求項1至12中任一項之方法來量測該度量衡目標結構之一尺寸特性；及根據該尺寸特性之測定值來控制該測定基板及/或另外基板之後續處理。
  24. 如請求項23之方法，其中控制該測定基板之後續處理，以便在該測定特性位於某一容許度外部的情況下造成該基板之重工或拒絕。
  25. 如請求項23之方法，其中控制另外基板之處理，以便校正在針對該測定基板所演算之該尺寸特性中觀測之一偏差。
  26. 一種製造一元件之方法，其包含：藉由一如請求項23、24或25之方法將一或多個元件圖案施加至一基板；及處理該基板以形成包括該等元件結構之元件作為功能器件。
  27. 一種供如請求項1至12及23至26中任一項之方法或如請求項13至22中任一項之裝置中使用的基板，該基板具備元件結構及度量衡結構，該等元件結構包括展現一或多個波長之激發輻射之非彈性散射的材料，該等元件結構包括在一或多個尺寸方面足夠小而使得該非彈性散射之該等特性受到量子侷限顯著地影響的結構，該等度量衡結構包括：至少一個似元件結構，其為在其組成物及尺寸方面相似於該等元件特徵之一結構；及至少一個校準結構，該校準結構在其組成物方面相似於該等元件特徵，但在至少一個尺寸方面不同。
  28. 如請求項27之基板，其中該校準結構大於該似元件結構。
  29. 一種供一微影程序中使用之圖案化元件，該圖案化元件攜載一圖案，該圖案在施加至一基板且經受一或多個另外程序步驟時產生一如請求項27或28之基板。
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