TW201923340A - 檢測工具、微影裝置、電子束源與檢測方法 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種用於一基板之檢測方法，該檢測方法包含：
- 將具有一第一偏振狀態之一電子束提供至該半導體基板之一樣本；
- 偵測由具有該第一偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第一回應信號；
- 將具有一第二偏振狀態之一電子束提供至該半導體基板之該樣本；
- 偵測由具有該第二偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第二回應信號；
- 基於該第一回應信號及該第二回應信號來判定該樣本之一幾何或材料特性。

Description

檢測工具、微影裝置、電子束源與檢測方法
本發明係關於一種檢測工具、微影裝置、電子束源及檢測方法。
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(integrated circuits；IC)製造中。在此類情況下，替代地被稱作光罩或倍縮光罩之圖案化器件可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，其包含部分、一個或若干晶粒)上。通常經由成像至設置於基板上之一層輻射敏感材料(抗蝕劑)上來進行圖案之轉印。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。習知微影裝置包括：所謂的步進器，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；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射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器件轉印至基板。
如通常應用於微影裝置中之輻射束可(例如)為DUV輻射束(例如，其具有248 nm或193 nm波長)或EUV輻射束(例如，其具有11 nm或13.5 nm波長)。
積體電路製造可通常需要複數個層之堆疊，其中需要準確地對準該等層。在無此類對準之情況下，層之間的所需連接可能有缺陷，從而導致積體電路發生故障。
通常，積體電路之一或多個底部層將含有最小結構，諸如電晶體或其組件。後續層之結構通常較大且實現底部層中之結構與外界之連接。鑒於此，兩個層之對準在積體電路之底部部分中將最具挑戰性。
為了確保適當地圖案化電路或電路層，通常使用諸如電子束檢測工具之檢測工具使基板經受檢測。
此類檢測工具之實例為高解析度掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope；SEM)，其例如用於檢查基板上之圖案之尺寸。此類高解析度SEM通常使用能量在200 eV與30 keV之間的電子，該等電子朝向基板表面加速，在該基板表面處該等電子擴散至其中且產生新電子(即次級電子)。因此，自該表面發射次級及/或經反向散射電子。此等次級及/或經反向散射電子可隨後由偵測器記錄。藉由使用電子束掃描基板之區域，可獲得關於基板之表面結構之資訊。
期望改進如目前可獲得的諸如高解析度SEM之電子束檢測工具之效能。
期望改進電子束檢測工具之效能。
根據本發明之實施例，提供一種用於基板之檢測方法，該檢測方法包含：
- 將具有第一偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有第一偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第一回應信號；
- 將具有第二偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有第二偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第二回應信號；
- 基於第一回應信號及第二回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
根據本發明之實施例，提供一種檢測工具，其包含：
- 電子束源，其經組態以產生具有第一偏振狀態之電子束及具有第二偏振狀態之電子束；
- 射束操控器，其經組態以將具有第一偏振狀態之電子束及具有第二偏振狀態之電子束引導至樣本上；
- 偵測器，其經組態以偵測由具有第一偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第一回應信號及由具有第二偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第二回應信號；
- 處理單元，其經組態以基於第一回應信號及第二回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
根據本發明之實施例，提供一種電子束源，其包含：
- 尖端形蕭特基(Schottky)發射極，其經組態以發射電子束，其中尖端形蕭特基發射極包含金屬塗層；
- 磁場產生器，其經組態以磁化金屬塗層，進而在使用中使電子束自旋偏振。
根據本發明之實施例，提供一種微影裝置，其包含：
- 照明系統，其經組態以調節輻射束；
- 支撐件，其經建構以支撐圖案化器件，該圖案化器件能夠在輻射束之橫截面中向輻射束賦予圖案以形成經圖案化輻射束；
- 基板台，其經建構以固持基板；及
- 投影系統，其經組態以將經圖案化輻射束投影至基板之目標部分上，
- 其中裝置進一步包含根據本發明之檢測工具。
圖1示意性地描繪根據本發明之一個實施例之微影裝置。該裝置包括：照明系統(照明器) IL，其經組態以調節輻射束B (例如，UV輻射或任何其他適合的輻射)；光罩支撐結構(例如，光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩) MA且連接至第一定位器件PM，該第一定位器件經組態以根據某些參數準確地定位該圖案化器件。該裝置亦包括基板台(例如，晶圓台) WT或「基板支撐件」，該基板台或基板支撐件經建構以固持基板(例如，經抗蝕劑塗佈晶圓) W且連接至第二定位器件PW，該第二定位器件經組態以根據某些參數準確地定位基板。裝置進一步包括投影系統(例如，折射投影透鏡系統) PS，該投影系統經組態以將藉由圖案化器件MA賦予至輻射束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如，其包含一或多個晶粒)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。
光罩支撐結構支撐(即，承載)圖案化器件。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化器件是否固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。光罩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器件。光罩支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。光罩支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「倍縮光罩」或「光罩」之任何使用與更一般術語「圖案化器件」同義。
本文中所使用之術語「圖案化器件」應廣泛地解釋為係指可用以在輻射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器件。應注意，例如，若該圖案包括相移特點或所謂的輔助特點，則賦予至該輻射束之該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。一般而言，賦予至輻射束之圖案將對應於在目標部分中形成之器件中之特定功能層，諸如積體電路。
圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、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、交替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採用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中之每一者可個別地傾斜，以便使入射輻射束在不同方向上反射。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射束中賦予圖案。
本文中所使用之術語「投影系統」應廣泛地解釋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，其包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，採用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，採用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或採用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或多於兩個基板台或「基板支撐件」(及/或兩個或多於兩個光罩台或「光罩支撐件」)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用額外台或支撐件，或可對一或多個台或支撐件進行預備步驟，同時將一或多個其他台或支撐件用於曝光。
微影裝置亦可屬於其中基板之至少一部分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的類型。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術可用以增大投影系統之數值孔徑。本文中所使用之術語「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接收輻射束。舉例而言，當該源為準分子雷射時，源及微影裝置可為分離之實體。在此類情況下，不認為該源形成微影裝置之部件，且輻射束憑藉包括(例如)合適導向鏡面及/或射束擴展器之射束遞送系統BD而自該源SO傳遞至照明器IL。在其他情況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部件。源SO及照明器IL連同射束遞送系統BD (在需要時)可稱作輻射系統。
照明器IL可包括調整器AD，該調整器經組態以調整輻射束之角強度分佈。一般而言，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈之至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包括各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射束B入射於圖案化器件(例如，光罩MA)上且由圖案化器件圖案化，該圖案化器件固持於光罩支撐結構(例如，光罩台MT)上。在遍歷光罩MA後，輻射束B穿過投影系統PS，該投影系統使射束集中至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器件PW及位置感測器IF (例如，干涉量測器件、線性編碼器或電容式感測器)，基板台WT可準確地移動，例如以便在輻射束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器件PM及另一位置感測器(其並不明確地描繪於圖1中)可用於例如在自光罩庫機械性擷取後或在掃描期間，相對於輻射束B之路徑準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器件PM之部分之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。類似地，可使用形成第二定位器件PW之部分之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT或「基板支撐件」之移動。在步進器(相對於掃描器)之情況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可經固定。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。雖然如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等基板對準標記可位於目標部分之間的空間中(此等者稱為劃道對準標記)。類似地，在多於一個晶粒設置於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪之裝置可用於以下模式中之至少一者中：
1. 在步進模式下，光罩台MT或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」保持基本上靜止，同時賦予至輻射束之整個圖案一次性投影至目標部分C上(即單次靜態曝光)。隨後使基板台WT或「基板支撐件」在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式下，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像的目標部分C之大小。
2. 在掃描模式下，同步地掃描光罩台MT或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」，同時賦予至輻射束之圖案投影至目標部分C上(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WT或「基板支撐件」相對於光罩台MT或「光罩支撐件」之速度及方向。在掃描模式下，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. 在另一模式下，使光罩台MT或「光罩支撐件」保持基本上靜止從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT或「基板支撐件」，同時賦予至輻射束之圖案投影至目標部分C上。在此模式下，通常採用脈衝式輻射源，且在基板台WT或「基板支撐件」之每一移動之後或在掃描期間之順次輻射脈衝之間視需要更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(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。
亦可採用對上文所描述之使用模式之組合及/或變體或完全不同的使用模式。
在如所展示之實施例中，微影裝置進一步包含根據本發明之檢測工具IT。此類檢測工具IT可例如使得能夠判定結構(特定言之，埋入結構)之特徵，該特徵呈現於由微影裝置處理之基板W之所關注區域上或中。在一實施例中，如將在下文更詳細地論述，檢測工具可包含用於檢測基板之電子束源。
在一實施例中，第二定位器件PW可經組態以將基板W定位在檢測工具IT之操作範圍中。在此類實施例中，檢測工具IT可例如經組態以判定經提及結構之特徵，例如電氣特徵、材料特徵及/或幾何特徵。在一實施例中，可隨後將此資訊提供至微影裝置之控制單元，且在曝光製程期間(例如)藉由基於該資訊而控制照明系統、投影系統或定位器件中之一者中的一或多者來使用該資訊。
在如所展示之實施例中，微影裝置可經組態以施加用於輻射束之DUV輻射。在此情況下，圖案化器件MA可為透射性圖案化器件，且投影系統PS可包含一或多個透鏡。
替代地，根據本發明之微影裝置可經組態以施加用於輻射束之EUV輻射。在此類情況下，圖案化器件MA可為反射性圖案化器件，且投影系統PS可包含一或多個鏡面。在此類實施例中，裝置可包含用於容納照明系統IL及/或投影系統PS之一或多個真空腔室。
根據本發明之一態樣，微影裝置可包含根據本發明之檢測工具，以便執行對待處理或已處理之基板的線上檢測或離線檢測。
根據本發明之一態樣，提供經組態以檢測諸如半導體基板之對象之檢測工具。圖2示意性地展示此類檢測工具100之實施例。根據本發明，檢測工具100包含電子束源(electron beam source) 110，此外亦稱為電子束源(e-beam source) 110。
此類電子束源110通常為吾人所知，且可應用於本發明中以將電子束120投影至對象130 (例如，基板)之區域上。在如所展示之實施例中，對象130借助於夾鉗機構134 (例如，真空夾具或靜電夾具)安裝至載物台132。電子束投影至其之對象之區域亦可稱作樣本。此類電子束源110可例如用於產生具有範圍介於0.2 keV至100 keV之能量之電子束120。電子束源110通常可具有用於將電子束120聚集至直徑約0.4至5 nm之光點上之一或多個透鏡。在一實施例中，電子束源110可進一步包含一或多個掃描線圈或可使電子束120偏轉之偏轉器板。藉此，電子束120可例如沿X軸及Y軸(其垂直於X軸及Z軸)偏轉，XY平面平行於對象之表面，使得可掃描對象之區域。
在本發明之實施例中，電子束源經組態以將複數個電子束投影至所關注區域之相應複數個子區域上。藉此，可擴大每單位時間可檢查或檢測之所關注區域。此外，在本發明之實施例中，電子束源可經組態以產生具有不同能量位準之電子束。如將在下文更詳細地解釋，視用於一或多個電子束之所施加能量位準而定，可檢查不同部分或結構，例如埋入結構。
當此類電子束120照射在表面上時，表面上之相互作用及與表面下方之材料之相互作用將發生，從而引起經曝光表面發射輻射及電子兩者。通常，當電子束120與樣本相互作用時，構成射束之電子將經由散射及吸收在眼淚狀體積(稱為相互作用體積)內散失能量。電子束與樣本之間的能量交換通常將產生以下各者之組合：
- 次級電子藉由非彈性散射之發射，
- 藉由與樣本彈性散射相互作用而自相互作用體積反射或反向散射離開之電子的發射，
- X射線發射，及
- 例如在自深UV至IR之範圍內之電磁輻射之發射。
電磁輻射之後一發射通常稱作陰極發光的光或CL光。
本發明的一實施例中，檢測工具100進一步包含用於偵測次級電子之偵測器150及用於如由樣本發射之反向散射電子之偵測器151。在圖2中，箭頭140指示所發射次級電子或反向散射電子。
在如所展示之實施例中，檢測工具進一步包含控制單元170或例如包含微處理器、電腦或類似者之用於處理如由偵測器150及151偵測到之所發射次級電子或反向散射電子的處理單元。
在一實施例中，控制單元170包含用於自偵測器150、151接收信號152之輸入端172，信號152表示偵測到之所發射次級電子或反向散射電子。
在一實施例中，控制單元可進一步具有用於輸出用以控制電子束源110之控制信號112的輸出端174。在一實施例中，控制單元170可控制電子束源110將電子束120投影至待檢測之對象(例如，半導體基板)之所關注區域上。
在一實施例中，控制單元170可經組態以控制電子束源110以掃描所關注區域。
在對象之所關注區域之此類掃描期間，偵測器可自所關注區域之不同部分接收次級電子或反向散射電子140。作為一實例，在所關注區域為100 nm × 100 nm時，所施加電子束可例如具有直徑為1至4 nm之橫截面。如此，當已掃描所關注區域時，對所關注區域上之電子束之回應可已由偵測器150、151捕獲，其中偵測到之信號包含每照明像素之偵測到之電子。像素大小可例如小於或大於電子束之橫截面。
圖3高度示意性地展示包含多個層及不同材料之半導體結構400之橫截面圖。如圖3中所示意性地展示之結構400包含具有第一材料之底部層402及具有第二材料之頂部層408，當第二層沿X方向蔓延時，第二層在拓樸上有變化，特定言之，增大之高度。圖3進一步示意性地展示撞擊在結構400之頂部表面412上之電子束410。由點線414所指示的為電子束410之相互作用體積，即其中作為所施加電子束之結果可產生次級電子或反向散射電子之體積。可注意到，在電子束可具有僅若干奈米直徑時，相互作用體積將視材料特性及著落能量而定通常具有較大直徑，例如10至1000 nm。圖4進一步說明朝向右邊之電子束之掃描(由箭頭420指示)，進而沿X軸移動相互作用體積414。在所述掃描期間，相互作用體積414將沿循樣本之表面412。如此，在此類掃描移動期間，相互作用體積414將受構形之改變影響，即位置x = x0 處出現之高度梯階。因而，如所偵測到之次級及/或反向散射電子之量將同樣受影響。圖3之底部部分示意性地展示如在沿X方向之電子束410之掃描期間偵測到之偵測器信號I。如可看出，當電子束410接近於高度梯階時，減弱450出現於偵測器信號I中，而當電子束410已通過高度梯階時，短暫增強460出現。如熟習此項技術者將瞭解，偵測器信號I之此類變化之出現可因此用於判定樣本層中之高度梯階之位置。
根據本發明之實施例，提出將自旋偏振電子束應用於半導體樣本之檢測。提出藉由使用電子之固有磁矩且將此類電子束用於檢測樣本來使電子束自旋偏振。據信，如將在下文更詳細地解釋，此類方法可引起已知的基於SEM之檢測工具(諸如高解析度SEM)之若干改進。特定言之，預期可實現以下改進：
- 提供較高空間解析度，
- 視需要藉由操作器來調諧且增強對幾何特點之靈敏度，
- 藉由改進之信雜比來提高SEM之處理量。
在已知高解析度SEM度量中，電子用於掃描表面，同時得到之所發射次級電子及/或反向散射電子經記錄以便重構表面之影像。入射電子之自旋經隨機定向且通常不論述為影響SEM之影像形成之因素。然而，基於描述高解析度SEM與所關注樣本之相互作用之模擬，吾人可得出，由於自旋軌道與所關注樣本之相互作用，其為基於材料之特性，因此具有不同電子自旋之電子將在經受電子束之樣本中在空間上/角度上以不同方式散射。此經示意性地說明於圖4中。圖4示意性地展示如當影響表面412時由非偏振電子束410生成之相互作用體積414。如圖4中所示意性地說明，相互作用體積414可視為第一相互作用體積414.1及第二相互作用體積414.2之結果，該第一相互作用體積主要由具有負自旋偏振之電子(表示為σ- )佔據，該第二相互作用體積主要由具有正自旋偏振之電子(表示為σ+ )佔據。換言之，視電子之自旋而定，電子束400之電子將佔據或散射至不同位置。
當使用自旋偏振電子之此特性時，因此應有可能再成形其中此等電子與材料相互作用之體積。特定言之，在自旋偏振射束應用為SEM中之掃描電子束之情況下，據信相互作用體積(即判定藉由SEM量測之信號之體積)經再成形為不再相對於電子束對稱之相互作用體積。
此經示意性地說明於圖5中。當電子束510 (-) (具有負自旋偏振之電子束σ- )影響表面412時，該圖左側之圖5 (a)說明表面412下方之相互作用體積514 (-)，而當電子束510 (+) (具有正自旋偏振之電子束σ+ )影響表面412時，該圖右側之圖5 (b)說明表面412下方之相互作用體積514 (+)。如可看出，藉由控制入射電子之自旋偏振，可控制其相互作用體積。本發明者認為自旋軌道耦合引起自旋選擇性散射，其引入相互作用體積之不對稱。此不對稱相互作用體積可允許空間解析度以以下方式增大：
- 總體相互作用體積可變得略微較窄，因此減少電子擴散。
- 靠近邊緣，信號中之對比度可改變且有可能提高，如在下文更詳細地論述。此提高之對比度可提高信號中之邊緣之位置判定。
在本發明之一實施例中，使用此特性來更準確地判定檢查之樣本之幾何或材料特徵。特定言之，在本發明之一實施例中，提出用於基板之檢測方法，該檢測方法包含以下步驟：
- 將具有偏振狀態之電子束提供至基板之樣本；
- 偵測由具有偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之回應信號；
- 基於回應信號來判定樣本之幾何特性。
在此類實施例中，電子束之偏振狀態係指電子束在一定程度上自旋偏振。電子束之自旋偏振程度p可例如定義如下：
，其中
n+ = 正自旋偏振電子數目；
n- = 負自旋偏振電子數目；
n = 電子總數目 = n+ + n-
在本發明之一實施例中，如施加至檢測樣本之電子束具有至少10%之自旋偏振程度p。在一較佳實施例中，所施加電子束之自旋偏振程度為30%至50%。如上所說明，當使用具有偏振狀態之電子束時，相互作用體積大小減小。特定言之，當比較圖4之非偏振射束414之相互作用體積414與相互作用體積414.1或414.2時，吾人可觀察到，自旋偏振射束之相互作用體積之寬度(即X方向上之相互作用體積之大小)小於非偏振射束之相互作用體積之寬度。因而，當用自旋偏振電子束檢測樣本時，由於所施加之較小相互作用體積，因此可用提高之空間解析度來檢測。
在一實施例中，檢測方法可例如用於判定幾何特性，諸如基板表面上之結構尺寸。作為一實例，可例如利用提高之解析度以此方式判定結構之線寬。
在此類實施例中，可判定半導體基板上之結構之幾何特點。
在本發明之一實施例中，檢測方法特別應用於半導體基板以檢測此類半導體基板之表面上之結構。使用根據本發明之方法，可檢查幾何特點或特徵及材料特徵或特性兩者。
在本發明之又一實施例中，提供將至少兩個連續電子束施加至待檢測之樣本的檢測方法，其中兩個電子束具有不同偏振狀態。此類檢測方法可例如包含以下步驟：
- 將具有第一偏振狀態之電子束提供至例如基板之樣本；
- 偵測由具有第一偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第一回應信號；
- 將具有第二偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有第二偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第二回應信號；
- 基於第一回應信號及第二回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
使用此類檢測方法，可研究樣本之更詳細幾何或材料特性。此經示意性地說明於圖6中。圖6示意性說明藉由具有三個不同幾何結構之電子束之掃描，其中藉由具有負自旋偏振之電子束(表示為σ- )、具有正自旋偏振之電子束(表示為σ+ )及具有非偏振狀態之電子束(表示為『非偏振』)來掃描此等結構。曲線圖(a)至(i)說明如使用三種不同電子束掃描不同幾何結構時可獲得之偵測器信號。
特定言之，曲線圖(a)至(c)說明掃描實質上水平表面612時可獲得之偵測器信號。曲線圖(d)至(f)說明掃描斜或傾斜表面614時可獲得之偵測器信號。曲線圖(g)至(i)說明掃描具有高度梯階(特定言之，高度減小)之表面616時可獲得之偵測器信號。
就實質上水平表面612之掃描而言，可看出，使用三種不同電子束(即σ- 、σ+ 及『非偏振』)獲得之偵測器信號引起實質上類似之偵測器信號。應注意，可例如使偵測器信號標準化以考量所施加電子束之強度差異。
就傾斜表面614之掃描而言，可看出，使用三種不同電子束(即σ- 、σ+ 及『非偏振』)獲得之偵測器信號引起不同偵測器信號。此可歸因於三種不同電子束掃描具有不同相互作用體積之表面的事實，如圖4及5中所說明。
如此，藉由比較來自所施加之三種不同電子束之任何兩個信號，吾人可作出掃描之表面614具有斜率的評估。在如所展示之配置中，表面614可視為具有負斜率。當利用具有負自旋偏振之電子束(表示為σ- )掃描表面時，此類負斜率引起相對小的偵測器信號。當考慮到具有負自旋偏振之電子束之相互作用體積(例如，如圖5中所展示之體積514 (-))中產生的反向散射及次級電子比具有正自旋偏振之電子束之相互作用體積(例如，如圖5中所展示之體積514 (+))中產生之反向散射及次級電子距表面614更遠時，可解釋此情況。或者，視入射電子之自旋偏振而定，電子可平均較接近或進一步遠離傾斜表面。因而，藉由負自旋偏振電子束獲得之偵測器信號將低於藉由正自旋偏振電子束或藉由非偏振電子束獲得之偵測器信號。如此，基於如圖6中之曲線圖(d)至(f)中所展示之信號中之兩者的任意組合，吾人可判定掃描之表面為傾斜的。亦可提及，傾斜表面之斜率越陡，由三種不同電子束(即σ- 、σ+ 及『非偏振』)產生的偵測器信號之間的差異將越大。如此，在習知高解析度SEM之情況下時，由於偵測器之增益設置而難以或可甚至不可能區分理想平坦表面與斜或傾斜表面，本發明使得能夠藉由用具有不同偏振狀態之至少兩個電子束檢測表面來作出此類區分。使用本發明之一實施例，可識別斜率之方向及量值兩者。
曲線圖(g)至(i)說明掃描具有高度梯階之表面616時可獲得之偵測器信號。如可看出，此類高度梯階還以不同方式影響三種不同電子束(即σ- 、σ+ 及『非偏振』)之偵測器信號。在藉由電子束掃描負高度梯階之情況下，可在掃描接近於高度梯階時觀測到偵測器信號中之短暫增大或峰值660，而當電子束已通過負高度梯階時，短暫減小或谷值650可出現。由於此類情形中可出現之不對稱相互作用體積，因此藉由使用自旋偏振電子束，可影響峰值660及谷值650兩者。如可自曲線圖(g)及(h)觀測到，電子束接近高度梯階時出現之短暫谷值660將在施加負自旋偏振電子束時較小，且將在施加正自旋偏振電子束時較大。
如此，根據本發明，使用自旋偏振電子束使得能夠視自旋偏振而定來控制相互作用體積之形狀。此允許修改如何(例如)藉由高解析度SEM來量測幾何形狀。通常採用高解析度SEM之主要幾何形狀將觀測結構之邊緣，即高度梯階，參見圖6中呈現之第三幾何形狀。如圖6及圖3中之曲線圖(g)至(i)所說明，偵測器信號將展示邊緣之一側處的信號之增大，而信號之減少可在邊緣之另一側處觀察到。此效應來源於靠近邊緣之電子可不僅自頂部表面逸出且亦可自邊緣側逸出(亦稱作邊緣輝散)之事實。藉由控制或再成形相互作用體積(使用自旋偏振電子束)使得其以限制方式(圖6中之σ- )與邊緣相互作用，在信號中峰值較不明顯且谷值較明顯。當使用相反自旋偏振(圖6中之σ+ )時保持相反情況。如此，可藉由調諧所施加之自旋偏振程度來調諧邊緣之靈敏度，從而允許提高臨界尺寸(critical dimension；CD)量測之靈敏度。另外，藉由考慮到如(例如)圖3或圖6中所展示之藉由將相反自旋偏振用於邊緣結構所獲得之偵測器信號之間的差異，可除去平坦表面對信號之作用。參看圖6，吾人可例如判定曲線圖(g)與曲線圖(h)之間的差異，且處理此信號以判定高度梯階或邊緣之位置。來自平坦表面之此類作用將通常視為背景偏移或雜訊。如此，藉由採用上述方法，高解析度SEM之信雜比可增大。替代地，提高解析度或邊緣靈敏度，此允許每區域之量測時間之減少。或換言之，此允許技術之處理量增大。
如上文所論述，本發明提供用於使用具有偏振狀態之電子束來檢測樣本之檢測方法。
根據本發明之另一方面，提供經組態以執行根據本發明之檢測方法之檢測工具。
在一實施例中，根據本發明之檢測工具可包含以下組件：
- 電子束源，其經組態以產生自旋偏振電子束；
- 射束操控器，其經組態以將電子束引導至樣本上；
- 偵測器，其經組態以偵測由具有偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之回應信號；以及
- 處理單元，其經組態以基於回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
在一實施例中，如所應用之電子束源可經組態以產生具有第一偏振狀態之電子束及具有第二偏振狀態之電子束。參考圖6，第一偏振狀態及第二偏振狀態可例如為如所描述之三種偏振狀態σ- 、σ+ 及『非偏振』之任意組合。
關於本申請之自旋偏振電子束，可指出，自旋偏振電子束可例如由用圓形偏振紅外鐳射照射GaAs陰極而產生。如此，在根據本發明之檢測工具之實施例中，檢測工具包含自旋偏振電子束源，該自旋偏振電子束源包含GaAs陰極及IR雷射，該IR雷射經組態以將圓形偏振雷射束發射至陰極上。
根據本發明之一態樣，提供可適用於根據本發明之檢測工具之替代電子束源。
根據本發明之電子束源應用蕭特基發射極。特定言之，在一實施例中，可應用標準高解析度SEM蕭特基發射極。標準蕭特基發射極通常由具有ZrO2 薄膜之鎢(W)核心組成且在約1800 K下操作。在此溫度下，形成利用電子加速場自材料提取之許多高能量電子。ZrO2 的特定特徵在於其降低較高溫度下之功函數，其有益於電子之提取且因此有益於可產生之最大亮度及電流。此溫度同時緩慢地熔融ZrO2 ，其隨後分佈於W表面上方。此為所需的，因為否則ZrO2 將經由釋氣及時地自W核心消失，從而劣化電子束源，特定言之蕭特基發射極。
根據本發明之一態樣，提出經修改蕭特基發射極，該經修改蕭特基發射極允許自旋偏振電子束之產生。
為了使得蕭特基發射極能夠產生自旋偏振電子，提出將磁性金屬塗層或層添加至發射極。藉此，所發射電子束可為自旋偏振的。然而可指出，然而不存在在1800 K下仍具鐵磁性之金屬。對Co而言最高居里(轉變溫度)在1388 K下，另一候選將為具有1043 K居里溫度之Fe。為了避免降低蕭特基發射極之操作溫度(且因此降低輸出亮度且減小電流)，提出替代地依賴於材料之順磁特性。為了磁化塗覆至發射極之金屬塗層或層，可應用外部磁場。此類外部磁場可磁化金屬層，且可因此產生使電子束偏振之用於電子之自旋勢壘。在一較佳實施例中，Fe用於金屬層，此係因為其高磁化率。
圖7示意性地展示可用於檢測工具中之經修改蕭特基發射極之實施例。在圖7之左側上，示意性地展示習知蕭特基發射極710，發射極710具有設置有ZrO2 塗層730之尖端形W核心720。在操作期間，蕭特基發射極710可產生電子束740，其中由箭頭750指示的射束之電子之偏振不具有較佳方向。如此，所產生電子束740可視為非偏振的或處於非偏振狀態。
在圖7之右側上，示意性地展示根據本發明之實施例之經修改蕭特基發射極800。經修改蕭特基發射極800具有設置有ZrO2 塗層830之尖端形W核心820。發射極800進一步包含金屬塗層840，例如鐵或亞鐵塗層。當在使用期間，蕭特基發射極800在由箭頭850指示之外部磁場中操作時，可產生電子束860，該等電子具有由箭頭870示意性地指示之較佳偏振。
為了產生外部磁場850，各種選擇方案存在。在一實施例中，外部磁場可由一或多個載流線圈產生。此類線圈可例如配置於發射極800附近中，從而使得金屬層840磁化。在一實施例中，一或多個線圈可安裝至磁軛，諸如鐵磁性磁軛，以將磁通量引導至發射極800。用於產生外部磁場之一或多個線圈的使用提供易於調整磁場強度之優勢。藉由例如使至一或多個線圈之電流逆轉，吾人可逆轉外部磁場，且因此逆轉電子束860之自旋偏振。
作為替代方案，或另外，亦可應用永久磁體以產生外部磁場850。此類永久磁體亦可安裝至磁軛，諸如鐵磁性磁軛，以將磁通量引導至發射極800。為了調整此類實施例中之外部磁場，可例如借助於定位器件，諸如致動器，而使得永久磁體與發射極800之相對位置可調整。
圖8示意性地描繪根據本發明之檢測工具200之更詳細實施例。檢測工具200包含電子束源(稱為電子槍) 210及成像系統240。
電子槍210包含電子源212、抑制電極214、陽極216、一組光圈218及聚光器220。電子源212可為如上文所論述之蕭特基發射極或經修改蕭特基發射極。藉由陽極216之正電荷，可提取電子束202，且可藉由使用可調諧光圈218來控制電子束202，該可調諧光圈可具有不同光圈大小以去除光圈外部之不必要電子束。為了聚集電子束202，將聚光器220應用至電子束202，此亦提供放大率。圖2中所展示之聚光器220可例如為可聚集電子束202之靜電透鏡。在另一方面，聚光器220可亦為磁透鏡。
成像系統240可例如包含消隱器248、一組光圈242、偵測器244、四組偏轉器250、252、254及256、一對線圈262、磁軛260及電極270。電極270用於使電子束202延遲及偏轉，且由於上部磁極片與樣本300之組合而進一步具有靜電透鏡功能。此外，線圈262及磁軛260經組態以為磁性接物鏡。
可應用偏轉器250及256以在大視野內掃描電子束202，且偏轉器252及254可用於在小視野內掃描電子束202。所有偏轉器250、252、254及256可控制電子束202之掃描方向。偏轉器250、252、254及256可為靜電偏轉器或磁偏轉器。磁軛260之開口面向樣本300，該開口使樣本300浸沒於磁場中。在另一方面，電極270置放於磁軛260之開口下方，且因此樣本300將不受損壞。為了校正電子束202之色像差，延遲器270、樣本300及上部磁極片形成透鏡以消除電子束202之色像差。
可使用以下條項進一步描述實施例：
1. 一種用於基板之檢測方法，該檢測方法包含：
- 將具有第一偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有第一偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第一回應信號；
- 將具有第二偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有第二偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第二回應信號；
- 基於第一回應信號及第二回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
2. 如條項1之檢測方法，其中該幾何特性為樣本之斜率。
3. 如條項1之檢測方法，其中該幾何特性為樣本之表面形貌特性。
4. 如條項1之檢測方法，其中第一偏振狀態為非偏振狀態，且第二偏振狀態為偏振狀態。
5. 如條項1之檢測方法，其中第一偏振狀態為偏振狀態，且第二偏振狀態為偏振狀態。
6. 如條項5之檢測方法，其中第一偏振狀態為負偏振狀態，且第二偏振狀態為正偏振狀態。
7. 如條項4、5或6之檢測方法，其中偏振狀態之偏振度為至少10%。
8. 一種用於基板之檢測方法，該檢測方法包含：
- 將具有偏振狀態之電子束提供至基板之樣本；
- 偵測由具有偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之回應信號；
- 基於回應信號來判定樣本之幾何特性。
9. 如條項8之檢測方法，其中該幾何特性為樣本之斜率。
10. 如條項8之檢測方法，其中該幾何特性為樣本之表面形貌特性。
11. 如條項8、9或10之檢測方法，其中偏振狀態之偏振度為至少10%。
12. 一種用於半導體基板之檢測方法，該檢測方法包含：
- 將具有偏振狀態之電子束提供至半導體基板之樣本；
- 偵測由具有偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之回應信號；
- 基於回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
13. 如條項12之檢測方法，其中偏振狀態之偏振度為至少10%。
14. 一種檢測工具，其經組態以執行如前述條項中任一項之檢測方法。
15. 一種檢測工具，其包含：
- 電子束源，其經組態以產生具有第一偏振狀態之電子束及具有第二偏振狀態之電子束；
- 射束操控器，其經組態以將具有第一偏振狀態之電子束及具有第二偏振狀態之電子束引導至樣本上；
- 偵測器，其經組態以偵測由具有第一偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第一回應信號及由具有第二偏振狀態之電子束與樣本之相互作用引起的樣本之第二回應信號；
- 處理單元，其經組態以基於第一回應信號及第二回應信號來判定樣本之幾何或材料特性。
16. 如條項15之檢測工具，其中電子束源包含：
- 尖端形蕭特基發射極，其經組態以發射電子束，其中尖端形蕭特基發射極包含金屬塗層；
- 磁場產生器，其經組態以磁化金屬塗層，進而在使用中使電子束自旋偏振。
17. 如條項16之檢測工具，其中該金屬塗層包含鐵。
18. 一種電子束源，其包含：
- 尖端形蕭特基發射極，其經組態以發射電子束，其中尖端形蕭特基發射極包含金屬塗層；
- 磁場產生器，其經組態以磁化金屬塗層，進而在使用中使電子束自旋偏振。
19. 如條項18之電子束源，其中該蕭特基發射極包含設置有ZrO2 塗層之鎢核心。
20. 一種微影裝置，其包含：
照明系統，其經組態以調節輻射束；
支撐件，其經建構以支撐圖案化器件，該圖案化器件能夠在輻射束之橫截面中向輻射束賦予圖案以形成經圖案化輻射束；
基板台，其經建構以固持基板；及
投影系統，其經組態以將經圖案化輻射束投影至基板之目標部分上，
其中該裝置進一步包含如條項14至17中任一項之一檢測工具。
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，製造積體光學系統、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。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。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中所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。此外，可將基板處理多於一次，(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，但將瞭解，本發明可用於其他應用，例如壓印微影中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形定義形成於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至供應至基板之抗蝕劑層中，在該基板上，抗蝕劑藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
本文中所用之術語「輻射」及「射束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如，具有約365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外(EUV)輻射(例如，具有5至20 nm範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。
術語「透鏡」在內容背景允許的情況下可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，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，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明可呈電腦程式或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)形式，該電腦程式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，該資料儲存媒體具有儲存於其中之此類電腦程式。
以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，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如所描述之本發明進行修改。
100‧‧‧檢測工具
110‧‧‧電子束源
112‧‧‧控制信號
120‧‧‧電子束
130‧‧‧對象
132‧‧‧載物台
134‧‧‧夾鉗機構
140‧‧‧次級電子/反向散射電子
150‧‧‧偵測器
151‧‧‧偵測器
152‧‧‧信號
170‧‧‧控制單元
172‧‧‧輸入端
174‧‧‧輸出端
200‧‧‧檢測工具
202‧‧‧電子束
210‧‧‧電子束源
212‧‧‧電子源
214‧‧‧抑制電極
216‧‧‧陽極
218‧‧‧光圈
220‧‧‧聚光器
240‧‧‧成像系統
248‧‧‧消隱器
242‧‧‧光圈
244‧‧‧偵測器
250‧‧‧偏轉器
252‧‧‧偏轉器
254‧‧‧偏轉器
256‧‧‧偏轉器
260‧‧‧磁軛
262‧‧‧線圈
270‧‧‧電極
300‧‧‧樣本
400‧‧‧半導體結構
402‧‧‧底部層
408‧‧‧頂部層
410‧‧‧電子束
412‧‧‧頂部表面
414‧‧‧相互作用體積
420‧‧‧箭頭
450‧‧‧減弱
460‧‧‧增強
510 (-)‧‧‧電子束
510 (+)‧‧‧電子束
514 (-)‧‧‧相互作用體積
514 (+)‧‧‧相互作用體積
612‧‧‧水平表面
614‧‧‧傾斜表面
616‧‧‧高度階梯表面
650‧‧‧谷值
660‧‧‧峰值
710‧‧‧肖特基發射極
720‧‧‧尖端形W核心
730‧‧‧ZrO2塗層
740‧‧‧電子束
750‧‧‧箭頭
800‧‧‧經修改肖特基發射極
820‧‧‧尖端形W核心
830‧‧‧ZrO2塗層
840‧‧‧金屬塗層
850‧‧‧外部磁場
860‧‧‧電子束
870‧‧‧箭頭
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射束
C‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
I‧‧‧偵測器信號
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明器
IN‧‧‧積光器
IT‧‧‧檢測工具
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧光罩
MT‧‧‧光罩台
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PS‧‧‧投影系統
PM‧‧‧第一定位器件
PW‧‧‧第二定位器件
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
SD‧‧‧射束遞送系統
SO‧‧‧輻射源
現將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應元件符號指示對應部分，且在該等圖式中：
圖1描繪根據本發明之實施例之微影裝置；
圖2描繪根據本發明之實施例之檢測工具；
圖3示意性地描繪可使用根據本發明之檢測工具檢查之結構的橫截面圖；
圖4及包含圖5(a)及5(b)之圖5示意性地描繪不同電子束之相互作用體積之橫截面圖；
包含曲線圖(a)至(i)之圖6示意性地描繪當檢測不同幾何特點時的不同電子束之偵測器信號。
圖7示意性地描繪蕭特基發射極及經修改蕭特基發射極。
圖8示意性地描繪根據本發明之檢測工具之橫截面圖。

Claims (13)

  1. 一種用於一基板之檢測方法，該檢測方法包含： 將具有一第一偏振狀態之一電子束提供至該半導體基板之一樣本； 偵測由具有該第一偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第一回應信號； 將具有一第二偏振狀態之一電子束提供至該半導體基板之該樣本； 偵測由具有該第二偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第二回應信號； 基於該第一回應信號及該第二回應信號來判定該樣本之一幾何或材料特性。
  2. 如請求項1之檢測方法，其中該幾何特性為該樣本之一斜率。
  3. 如請求項1之檢測方法，其中該幾何特性為該樣本之一表面形貌特性。
  4. 如請求項1之檢測方法，其中該第一偏振狀態為一非偏振狀態，且該第二偏振狀態為一偏振狀態。
  5. 如請求項1之檢測方法，其中該第一偏振狀態為一偏振狀態，且該第二偏振狀態為一偏振狀態。
  6. 如請求項5之檢測方法，其中該第一偏振狀態為一負偏振狀態，且該第二偏振狀態為一正偏振狀態。
  7. 5或6之檢測方法，其中該偏振狀態之一偏振度為至少10%。
  8. 一種檢測工具，其包含： 一電子束源，其經組態以產生具有一第一偏振狀態之一電子束及具有一第二偏振狀態之一電子束； 一射束操控器，其經組態以將具有該第一偏振狀態之該電子束及具有該第二偏振狀態之該電子束引導至一樣本上； 一偵測器，其經組態以偵測由具有該第一偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第一回應信號及由具有該第二偏振狀態之該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一第二回應信號； 一處理單元，其經組態以基於該第一回應信號及該第二回應信號來判定該樣本之一幾何或材料特性。
  9. 如請求項8之檢測工具，其中該電子束源包含： 一尖端形蕭特基(Schottky)發射極，其經組態以發射一電子束，其中該尖端形蕭特基發射極包含一金屬塗層； 一磁場產生器，其經組態以磁化該金屬塗層，進而在使用中使該電子束自旋偏振。
  10. 如請求項9之檢測工具，其中該金屬塗層包含鐵。
  11. 一種用於如請求項8至10之檢測工具之電子束源，其包含： 一尖端形蕭特基發射極，其經組態以發射一電子束，其中該尖端形蕭特基發射極包含一金屬塗層； 一磁場產生器，其經組態以磁化該金屬塗層，進而在使用中使該電子束自旋偏振。
  12. 如請求項11之電子束源，其中該蕭特基發射極包含設置有一ZrO2 塗層之一鎢核心。
  13. 一種微影裝置，其包含： 一照明系統，其經組態以調節一輻射束； 一支撐件，其經建構以支撐一圖案化器件，該圖案化器件能夠在該輻射束之橫截面中向該輻射束賦予一圖案以形成一經圖案化輻射束； 一基板台，其經建構以固持一基板；及 一投影系統，其經組態以將該經圖案化輻射束投影至該基板之一目標部分上， 其中該裝置進一步包含如請求項8至10中任一項之一檢測工具。
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