TW201931008A - 用於判定基板上之結構之關注特徵的度量衡裝置與方法 - Google Patents

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弗斯特 彼得 丹尼 凡
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Abstract

本發明提供一種用於判定一基板上之一結構之一關注特徵的度量衡裝置，該結構具有繞射性質，該裝置包含：聚焦光學件，其經組態以將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上；一第一偵測器，其經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及額外光學件，其經組態以在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器經配置以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。

Description

用於判定基板上之結構之關注特徵的度量衡裝置與方法
本發明係關於用於可用於例如藉由微影技術製造器件之檢測(例如，度量衡)方法及裝置，且係關於使用微影技術來製造器件之方法。
微影裝置係將所要圖案塗覆至基板上(通常塗覆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 circuit，IC)之製造中。在彼情形下，被替代地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之個別層上的電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括一個或若干晶粒之部分)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。此等目標部分通常被稱作「場」。
為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影裝置，使用具有介於4 nm至20 nm之範圍內之波長(例如，6.7 nm或13.5 nm)之極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)輻射的微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。
在微影製程中，需要頻繁地對所產生結構進行量測，例如，用於程序控制及驗證。用以進行此量測之工具通常被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。
由本發明解決之問題是如何在運用EUV輻射執行散射量測時改良諸如疊對量測之量測的敏感度及/或準確性。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於判定一基板上之一結構之一關注特徵的度量衡裝置，該結構具有繞射性質，該裝置包含：聚焦光學件，其經組態以將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上；一第一偵測器，其經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及額外光學件，其經組態以在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器經配置以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
該第一偵測器可經配置以偵測已自該結構繞射之該照明輻射之+1或-1繞射階中之至少一者。
該度量衡裝置可進一步包含經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射之部分的一第二偵測器，該等額外光學件經進一步組態以在該第二偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器與該第二偵測器經配置以偵測不同繞射階。
該第一偵測器及該第二偵測器可經配置以分別偵測+1及-1繞射階。
該照明輻射可包含極紫外線EUV範圍內之輻射。該光學度量衡裝置可進一步包含經組態以發射該照明輻射之一輻射源。該輻射源可為一高諧波產生HHG源。
該等額外光學件可包含分離光學件，該等分離光學件經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
該等分離光學件可經進一步組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一不同部分上空間組合已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。不同部分意謂該偵測器上之與經空間分離波長分量由該分離光學件導引之位置不同的一位置處。
該等分離光學件可包含一繞射元件與一聚焦元件之一組合。該聚焦元件可為一掠入射鏡面，諸如一圓柱形或環形鏡面。該繞射元件可為一透射光柵。該聚焦元件可相對於該輻射之傳播方向置放於該透射光柵之後。該繞射元件可為一反射光柵。一反射光柵可在軟X射線/EUV方案中更適合。該反射光柵可相對於該輻射之傳播方向置放於該聚焦元件之後。該繞射元件與該聚焦元件可組合為一單個反射性成像光柵。該成像光柵可包含具有一線性間距之列。該成像光柵之列密度可介於100列/mm至50000列/mm之範圍內。該成像光柵可包含具有一可變列間距的列，使得該成像光柵經組態在以該第一偵測器及/或該第二偵測器之表面在處沿著一實質上直線聚焦自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
替代地，該等額外光學件可包含一光罩層，該光罩層經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。該光罩層可包含含有一或多個孔徑之一實質上不透明材料。各孔徑可包含一透射光柵。該光罩可僅含有一個孔徑。該孔徑可為矩形的。該光罩可為一哈特曼型光罩。
替代地，該等額外光學件可包含一散射元件。該散射元件可經配置以在已自該結構繞射之該照明輻射中產生一光斑圖案，其中該第一偵測器經配置以偵測該光斑圖案之至少一部分。該散射元件可包含一半隨機或非週期性圖案。該半隨機或非週期性圖案可經施加至一掠入射鏡面或一透射膜。該半隨機或非週期性圖案可由該散射元件之一先前表徵得知。該散射元件可經配置以在偵測該照明輻射期間平移或旋轉。
該第一偵測器及/或該第二偵測器可為一單陣列偵測器或一單列偵測器之相異區域。
該度量衡裝置可進一步包含經組態以基於來自至少該第一偵測器之一讀出而判定該關注特徵之一值的一處理器。該關注特徵可為以下各者中之至少一者：該結構內之兩個層的一疊對值(OV)；或該結構內之一元件的一臨界尺寸(CD)值。
該度量衡裝置可經組態以使用自該結構繞射之該照明輻射之偵測到的零階來執行一校準。
經聚焦至該結構上之該照明輻射的一數值孔徑NA可介於0.01至0.05之範圍內。
根據本發明之一第二態樣，提供一種用於使用一光學度量衡裝置來判定一基板上之一結構之一關注特徵的方法，該結構具有繞射性質，該方法包含：使用聚焦光學件來將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上；使用一第一偵測器來至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及藉由額外光學件在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
該第一偵測器可偵測已自該結構繞射之該照明輻射之+1或-1繞射階中的至少一者。
該方法可進一步包含：使用一第二偵測器來至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及藉由該等額外光學件在該第二偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器與該第二偵測器偵測不同繞射階。
該第一偵測器及該第二偵測器可分別偵測+1及-1繞射階。
該等額外光學件可在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
該等額外光學件亦可在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一不同部分上空間組合已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
該方法可進一步包含操作一輻射源以提供包含極紫外線EUV範圍內之輻射之該照明輻射。
該方法可進一步包含基於來自至少該第一偵測器之一讀出而判定該關注特徵之一值。該關注特徵可為以下各者中之至少一者：該結構內之兩個層的疊對(OV)、或該結構內之一元件的臨界尺寸(CD)。
一散射元件可用以產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的該波長相關空間分佈。該散射元件可在已自該結構繞射之該照明輻射中產生一光斑圖案，其中該第一偵測器偵測該光斑圖案之至少一部分。該方法可進一步包含表徵該散射元件。該方法可進一步包含在偵測已自該結構繞射之該照明輻射期間平移或旋轉該散射元件。可藉由壓縮感測分析偵測到之照明輻射。
根據本發明之一第三態樣，提供一種電腦程式，其包含在經執行於至少一個處理器上時使得該至少一個處理器控制一裝置以執行根據本發明之該第二態樣之方法的指令。
根據本發明之一第四態樣，提供一種含有根據該第三態樣之電腦程式的載體，其中該載體係一電子信號、光學信號、無線電信號中之一者，或係非暫時性電腦可讀儲存媒體。
根據本發明之一第五態樣，提供一種包含根據該第一態樣之光學度量衡裝置的微影裝置。
根據本發明之一第六態樣，提供一種包含根據該第五態樣之度量衡裝置的微影裝置。
該基板上之該結構可僅具有某一電磁輻射波長範圍內的繞射性質，且因此該照明輻射之該複數個波長應至少部分地且較佳地完全落入該基板上之該結構於其上具有繞射性質之電磁輻射波長範圍內。
該基板可為一半導體晶圓。該基板上之具有繞射性質的該結構可為具有藉由一微影製程形成之一複合光柵系集的一度量衡目標。具有繞射性質之該結構亦可為該半導體晶圓上製造之一產品結構。
該照明輻射可包含軟X射線或EUV輻射，例如0.1nm與100 nm之間或視情況1 nm與50 nm之間或視情況10 nm與20 nm之間的一波長範圍內之輻射。
本發明旨在使得能夠以一更大光譜解析度偵測該照明輻射之該非零繞射階。此提供一量測之敏感度的一對應改良，該量測諸如用於表徵一基板上之諸如一半導體晶圓上之一結構之一結構的一疊對量測或臨界尺寸量測。此實現一減少之獲取時間及/或實現一更高準確性。另外，本發明旨在使得能夠針對該基板上之更小依解析度特徵而判定關注特徵，其實現具有更小目標之度量衡且因此更高效地使用一半導體晶圓上之可用空間。
在微影製程中，頻繁地需要對所產生結構進行量測，例如用於製程控制及驗證。用以進行此量測之工具通常被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為通用儀器，其允許藉由在光瞳或與散射計之目標之光瞳共軛的平面中具有感測器或藉由在影像平面中或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影程序之參數(量測通常被稱作以光瞳為基礎之量測)，在此狀況下量測通常被稱作以影像或場為基礎之量測。全文係以引用方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯量測技術。前述散射計可使用來自軟X射線及可見光至近IR波長範圍之光來量測光柵。
第一種類型之散射計係角度解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之性質。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測之結果引起。調整數學模型之參數直至經模擬相互作用產生相似於自真實目標觀測到之繞射圖案的繞射圖案為止。
第二種類型之散射計係光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經導向至目標上且來自目標之反射或散射輻射經導向至光譜儀偵測器上，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射(即，0階)之光譜(即，隨波長而變之強度的量測)。自此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫比較來重建構產生偵測到之光譜的目標之結構或剖面。
第三種類型之散射計係橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對各偏振狀態之散射輻射來判定微影製程之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適用於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計之各種實施例。
散射計MT可經調適以藉由量測反射光譜及/或偵測組態中之不對稱性來量測兩個未對準光柵或週期性結構之疊對，該不對稱性係與疊對範圍相關。可將兩個(通常重疊)光柵結構施加於兩個不同層(未必為連續層)中，且該兩個光柵結構可形成為處於晶圓上實質上相同的位置。散射計可具有如例如專利申請案EP1,628,164A中所描述之對稱偵測組態，使得任何不對稱性可明確區分的。此提供用以量測光柵中之未對準之直接了當的方式。可在全文係以引用方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案第US 20160161863號中找到關於含有作為目標之週期性結構之兩個層之間的疊對誤差經由該等週期性結構之不對稱性予以量測的另外實例。
其他關注參數可為聚焦及劑量且更詳言之由微影裝置在基板上印刷圖案時使用之聚焦及劑量。可藉由如全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2011-0249244中所描述之散射量測(或替代地藉由掃描電子顯微法)同時判定焦點及劑量。可使用具有針對焦點能量矩陣(Focus Exposure Matrix，FEM——亦被稱作焦點曝光矩陣)中之每一點之臨界尺寸及側壁角量測之獨特組合的單一結構。若可得到臨界尺寸及側壁角之此等獨特組合，則可根據此等量測獨特地判定焦點及劑量值。
度量衡目標可為藉由微影程序主要在抗蝕劑中形成且亦在例如蝕刻處理之後形成之複合光柵的系集。通常，光柵中之結構之間距及線寬很大程度上取決於量測光學件(尤其是光學件之NA)以能夠捕捉來自度量衡目標之繞射階。如較早所指示，繞射信號可用以判定兩個層之間的移位(亦被稱作「疊對」)或可用以重建構如藉由微影製程所產生的原始光柵之至少一部分。，繞射信號可用以判定兩個層之間的移位(亦被稱作「疊對」)或可用以重建構如藉由微影製程所產生的原始光柵之至少一部分。此重建構可用以提供微影製程之品質指導，且可用以控制微影製程之至少一部分。目標可具有經組態以模仿目標中之設計佈局之功能性部分之尺寸的較小子分段。歸因於此子分段，目標將表現得更相似於設計佈局之功能性部分，使得總體程序參數量測較佳類似於設計佈局之功能性部分。可在填充不足模式下或在填充過度模式下量測目標。在填充不足模式下，量測光束產生小於總體目標之光點。在填充過度模式下，量測光束產生大於總體目標之光點。在此填充過度模式下，亦有可能同時量測不同目標，藉此同時判定不同處理參數。
使用特定目標進行之微影參數之總體量測品質至少部分由用以量測此微影參數之量測配方判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案之一或多個參數，或此兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案之定向等等。用以選擇量測配方之準則中之一者可例如為量測參數中之一者對於處理變化之敏感度。以全文引用的方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及尚未公開之美國專利申請案15/181,126中描述更多實例。
作為對光學度量衡方法之替代方案，亦考慮使用軟X射線或EUV輻射，例如在介於0.1 nm與100 nm之間，或視情況介於1 nm與50 nm之間或視情況介於10 nm與20 nm之間的波長範圍內之輻射。度量衡工具在上文所呈現之波長範圍中之一者中運行的一個實例為透射小角度X射線散射(如內容之全文係以引用方式併入本文中的US 2007224518A中之T-SAXS)。Lemaillet等人在「Intercomparison between optical and X-ray scatterometry measurements of FinFET structures」(Proc. of SPIE，2013年，8681)中論述了使用T-SAXS之輪廓(CD)量測。在掠入射下使用X射線(GI-XRS)及極紫外線(EUV)輻射之反射量測術技術可用於量測基板上之膜及層堆疊的性質。在一般反射量測術領域內，可應用測角及/或光譜技術。在測角術中，量測具有不同入射角之經反射光束之變化。另一方面，光譜反射量測術量測在給定角度下反射之波長之光譜(使用寬頻帶輻射)。舉例而言，EUV反射量測術已在供用於EUV微影中之倍縮光罩(圖案化器件)之製造之前用於光罩基底之檢測。
應用之範圍有可能使軟X射線或EUV域中之波長之使用係不足夠的。因此，已公開專利申請案US 20130304424A1及US2014019097A1 (Bakeman等人/KLA)描述混合度量衡技術，其中將使用X射線進行之量測及運用在120 nm與2000 nm之範圍內之波長的光學量測組合在一起以獲得諸如CD之參數之量測。藉由將x射線數學模型與光學數學模型耦合在一起而獲得CD量測。所列舉美國專利申請案的內容以全文引用之方式併入本文中。
在詳細地描述本發明之實施例之前，呈現可供實施本發明之實施例的實例環境係具指導性的。
在本文中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如，具有365、248、193、157或126 nm之波長)、極紫外光輻射(extreme ultra-violet，EUV，例如具有介於約1至100 nm範圍內的波長)及/或軟X射線輻射(例如，介於0.1至10 nm之波長範圍內的輻射)。
如本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化器件」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此內容背景中，亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射或反射；二元、相移、混合式等等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該微影裝置LA包括：照明系統(亦被稱作照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如，UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)、光罩支撐件(例如，光罩平台) MT，其經建構以支撐圖案化器件(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圖案化器件MA之第一定位器PM、基板支撐件(例如，晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈生產基板) W，連接至經組態以根據某些參數而準確地定位基板支撐件的第二定位器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器件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，包含一或多個晶粒之部分)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/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、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用以調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或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」之任何使用均與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影裝置可屬於如下類型：基板之至少一部分可由具有相對高折射率之浸潤液體，例如水，覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間——此亦被稱作浸潤微影。以引用方式併入本文中之US 6952253中給出關於浸浸技術之更多資訊。
微影裝置LA可亦屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除了基板支撐件WT以外，微影裝置LA亦可包含量測級。量測級經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之性質或輻射光束B之性質。量測級可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之一部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統之一部分。量測級可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持於光罩支撐件MT上之圖案化器件，例如光罩，MA上，且由圖案化器件MA上存在之圖案(設計佈局)圖案化。在已橫穿光罩MA之情況下，輻射光束B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。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦且對準之位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。相似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2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。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記被稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影裝置LA可形成有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或微影叢集(lithocluster))之微影單元LCLC的部分，微微影單元LC常常亦包括用以對基板W執行曝光前及曝光後製程的裝置。習知地，此等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、例如用於調節基板W之溫度(例如，用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板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W、在不同製程裝置之間移動基板W且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影單元中常常亦被共同地稱作塗佈顯影系統之器件通常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自身可受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影裝置LA。
為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之性質，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(critical dimension，CD)等等。出於此目的，可在微影製造單元LC中包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行例如調整，尤其是在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可被稱作度量衡裝置之檢測裝置用以判定基板W之性質，且詳言之，判定不同基板W之性質如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之性質在層與層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影製造單元LC之一部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為單機器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之性質，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已經移除)上之性質，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之性質。
通常微影裝置LA中之圖案化程序為在處理中之最重要步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中，如圖3示意性地所描繪。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體製程窗且提供嚴格控制迴路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗定義一系列製程參數(例如，劑量、聚焦、疊對)，在該等製程參數內特定製造製程得到經定義結果(例如，功能半導體器件——通常在此結果內使微影製程或圖案化製程中之製程參數變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術且執行演算微影模擬及計算以判定哪種光罩佈局及微影裝置設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影裝置LA當前正在製程窗內何處操作(例如，使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測歸因於例如次佳處理是否可存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MT可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
圖4描繪度量衡裝置302之示意性表示，其中波長範圍在0.1 nm至100 nm之輻射可用於量測基板上之結構之參數/特徵。圖4中呈現之度量衡裝置302適用於軟X射線或EUV域。
圖4說明純粹作為實例的包含使用掠入射中之EUV及/或軟X射線輻射之光譜散射計的度量衡裝置302之一示意性實體配置。檢測裝置之替代形式可以角解析散射計之形式提供，該角解析散射計類似於在較長波長下操作之習知散射計使用正入射或接近正入射中之輻射。
檢測裝置302包含一輻射源310、照明系統312、基板支撐件316、偵測系統318、398及度量衡處理單元(metrology processing unit，MPU) 320。
在此實例中，源310包含基於高階諧波產生(high harmonic generation，HHG)技術之EUV或軟X射線輻射之一產生器。此等源可購自例如美國科羅拉多州博爾德市(Boulder Colorado)之KMLabs (http://www.kmlabs.com/)。輻射源之主組件係一驅動雷射器330及一HHG氣胞332。氣體供應件334將適合氣體供應至氣胞，在該氣胞中，該合適氣體視情況由電源336離子化。驅動雷射器300可例如係具有一光學放大器之基於光纖之雷射，其產生每脈衝可持續例如小於1 ns (1奈秒)的紅外線輻射之脈衝，其中脈衝重複率視需要達至若干兆赫茲。紅外線輻射之波長可為例如大約1 μm (1微米)。雷射脈衝作為第一輻射光束340被遞送至HHG氣胞332，其中在氣體中，輻射之一部分轉換為比第一輻射高的頻率，成為包括具有所要波長之相干第二輻射之光束342。
第二輻射可含有多個波長。若該輻射為單色的，則可簡化量測計算(例如，重新建構)，但在運用HHG的情況下較易於產生具有若干波長之輻射。氣胞332內之氣體體積界定HHG空間，但該空間無需被完全圍封且可使用氣流代替靜態體積。舉例而言，氣體可為惰性氣體，諸如氖氣(Ne)或氬氣(Ar)。N2 、O2 、He、Ar、Kr、Xe氣體皆可被考慮。此等情形為設計選擇之事情，且甚至可為同一裝置內之可選擇選項。不同波長將例如在使不同材料之結構成像時提供不同等級之對比度。舉例而言，為了檢測金屬結構或矽結構，可將不同波長選擇為用於成像(碳基)抗蝕劑之特徵或用於偵測此等不同材料之污染的波長。可提供一或多個濾光器件344。舉例而言，諸如鋁(Al)或鋯薄膜之濾光器可用以切斷基諧IR輻射以免進一步傳遞至檢測裝置中。可提供光柵(未展示)以自氣胞中產生之波長當中選擇一或多個特定諧波波長。在真空環境內可含有光束路徑中之一些或全部，應記住，軟X射線輻射在空氣中行進時會被吸收。輻射源310及照明光學件312之各種組件可為可調節的以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。舉例而言，可使不同波長及/或偏振為可選擇的。
取決於在檢測下之結構之材料，不同波長可提供至下部層中之所要程度之穿透。為了解析最小器件特徵以及最小器件特徵當中之缺陷，則較短波長有很可能為較佳的。舉例而言，可選擇介於1至20 nm之範圍內或視情況介於1至10 nm之範圍內或視情況介於10至20 nm之範圍內的一或多個波長。短於5 nm之波長在自半導體製造中通常關注之材料反射時具有低臨界角。因此，選擇大於5 nm之波長將會在較高入射角下提供較強信號。另一方面，若檢測任務係用於偵測某一材料之存在例如以偵測污染，則高達50 nm之波長可為有用的。
經濾光光束342自輻射源310進入檢測腔室350，其中包括關注結構之基板W由基板支撐件316固持以用於在量測位置處檢測。關注結構被標註為T。檢測腔室350內之氛圍係由真空泵352維持為接近真空，使得EUV輻射可在無不當衰減的情況下傳遞通過該氛圍。照明系統312具有將輻射聚焦至經聚焦光束356中之功能，且可包含例如二維彎曲鏡面或一系列一維彎曲鏡面，如上文所提及之已公開美國專利申請案US2017/0184981A1 (其內容之全文係以引用方式併入本文中)中所描述。執行該聚焦以在投影至關注結構上時達成直徑低於10 μm之圓形或橢圓形光點S。基板支撐件316包含例如X-Y平移載物台及旋轉載物台，藉由該X-Y平移載物台及該旋轉載物台，可使基板W之任何部分在所要定向上到達光束之焦點。因此，輻射光點S形成於關注結構上。可替代地或另外，基板支撐件316包含例如可按某一角度使基板W傾斜以控制關注結構T上之所聚焦光束之入射角的傾斜載物台。
視情況，照明系統312將參考輻射光束提供至參考偵測器314，該參考偵測器可經組態以量測經濾光光束342中之不同波長的光譜及/或強度。參考偵測器314可經組態以產生經提供至處理器310之信號315，且濾光片可包含關於經濾光光束342之光譜及/或在中經濾光光束中之不同波長之強度的資訊。
反射輻射360係由偵測器318捕獲且光譜經提供至處理器320以用於計算目標結構T之性質。照明系統312及偵測系統318因此形成檢測裝置。此檢測裝置可包含屬於以內容之全文係以引用方式併入本文中的US2016282282A1中所描述之種類的軟X射線及/或EUV光譜反射計。
若目標T具有某一週期性，則經聚焦光束356下輻射亦可經部分地繞射。繞射輻射397相對於入射角接著相對於反射輻射360以明確界定角度沿著另一路徑。在圖4中，經吸取繞射輻射397以示意性方式被吸取，且繞射輻射397可沿著除經吸取路徑以外之許多其他路徑。檢測裝置302亦可包含偵測及/或成像繞射輻射397的至少一部分之其他偵測系統398。在圖4中，繪製了單個其他偵測系統398，但檢測裝置302之實施例亦可包含多於一個另外偵測系統398，該等偵測系統經配置在不同位置處以在複數個繞射方向上偵測及/或成像繞射輻射397。換言之，照射於目標T上之聚焦射束的(更高)繞射階由一或多個其他偵測系統398偵測及/或成像。一或多個偵測系統398產生經提供至度量衡處理器320之信號399。信號399可包括繞射輻射397之資訊及/或可包括自繞射輻射397獲得之影像。
為輔助光點S與所要產品結構之對準及聚焦，檢測裝置302亦可提供在度量衡處理器320之控制下使用輔助輻射之輔助光學件。度量衡處理器320亦可與位置控制器372通信，該位置控制器操作平移載物台、旋轉載物台及/或傾斜載物台。處理器320經由感測器接收關於基板之位置及定向之高度準確之回饋。感測器374可包括例如干涉計，其可給出在大約皮米之準確度。在檢測裝置302之操作中，由偵測系統318捕獲之光譜資料382經遞送至度量衡處理單元320。
如所提及，檢測裝置之替代形式使用正入射或接近正入射下之軟X射線及/或EUV輻射，例如以執行以繞射為基礎之不對稱性量測。兩種類型之檢測裝置可提供於混合度量衡系統中。待量測之效能參數可包括疊對(OVL)、臨界尺寸(CD)及產品結構上所量測之特徵的疊對或臨界尺寸。軟X射線及/或EUV輻射可例如具有小於100 nm且大於0.1 nm之波長，例如使用介於5至30 nm之範圍內，視情況介於10 nm至20 nm之範圍內的輻射。輻射在特徵上可為窄頻帶或寬頻帶。輻射可在特定波長帶中具有離散峰值或可具有更連續特徵。
如同用於當今生產設施中之光學散射計，檢測裝置302可用於量測在微影製造單元內處理之抗蝕劑材料內之結構(在顯影檢測或ADI之後)，及/或在結構已形成於較硬材料中之後量測該等結構(在蝕刻檢測或AEI之後)。舉例而言，可在基板已由顯影裝置、蝕刻裝置、退火裝置及/或其他裝置處理之後使用檢測裝置302來檢測。
本發明人已瞭解，在實踐中，照明系統312應將傳入照明輻射聚焦至關注結構上之小光點。舉例而言，具有大約5至10 µm，或甚至更小，例如大約1 µm之直徑的光點。此係用以部分地避免破壞包圍關注結構之結構的任何雜散輻射且部分地避免任何非想要信號到達偵測器，例如來自包圍基板上之關注結構之區的反射光。對於EUV波長範圍內之照明輻射，輻射之所得數值孔徑(numerical aperture，NA)因此通常係大約0.01至0.05。數值孔徑可介於0.001至0.1之範圍內。數值可介於0.02至0.04之範圍內。傳入照明輻射可理解為類似於其尖端處於或接近關注結構的圓錐。類似地，自關注結構繞射及反射之照明輻射將亦形成具有相當於照明輻射之NA之NA的圓錐(若光點大小小於關注結構)。
本發明人已瞭解，經繞射/反射照明輻射之所得相對大NA將引起散射計之敏感度降低，如現將參考圖5至圖10所解釋。
圖5說明如上文所描述之自諸如高諧波產生源之EUV源獲得之光譜的一實例。EUV輻射充當用於關注結構之照明輻射。光譜包含大致10 nm至20 nm之間距下的複數個離散波長分量。
在圖6中，照明輻射601入射於繞射光柵602上。第一偵測器603及第二偵測器604經配置以便分別偵測自目標繞射之照明輻射的+1及-1繞射階。照明輻射經繞射之角度取決於光柵間距及照明輻射之波長。因此，當使用HHG源以產生EUV照明輻射時，不同諧波或波長將按不同角度繞射，且可原則上由偵測器603及604單獨地解析。
圖7展示類似於圖6之情形的情形，但在散射計中執行以繞射為基礎之不對稱性量測的內容背景中加以說明。半導體結構之生產中的重要量度係堆疊中之不同層之間的疊對。當由其他層之堆疊605分離之兩個繞射光柵602a與602b相對於彼此具有偏移δ時，在+1階與-1階中經繞射之輻射強度之間會發生差異。此差異可(且校準)由偵測器603及604量測以判定疊對δ。
歸因於光柵之間的堆疊605之層中之輻射及堆疊之中間層之組成物的干擾，兩個偵測器603與604上之信號差異強烈取決於照明輻射之波長。圖8依據疊對δ之兩個不同值(0 a.u.及1 a.u.)的波長λ而說明由偵測器603偵測到之強度與由偵測器604偵測到之強度之間的差之一實例。在本文中，術語「曲線」用以指代波長(x軸)與兩個信號之間的差異(y軸)之間的關係。理想上，吾人將想要在具有最大敏感度之波長下進行量測，最大敏感度由具有圖8中之固態與虛線之間的最大差之波長表示。替代地，吾人將想要能夠解析完整曲線。因此，重要條件係可足夠良好地解析不同波長以解析曲線中之振盪。
然而，圖7及圖8之實例不說明緊密地將聚焦照明輻射於關注結構上之效應。如上文所提及，傳入照明輻射601可被理解為類似於其尖端處於或接近關注結構的圓錐。類似地，自關注結構繞射及反射之照明輻射將亦形成具有相當於照明輻射之NA之NA的圓錐(若光點大小小於關注結構)。在圖9中，為簡單起見，在+1及-1繞射階中之每一者中示意性地表示照明輻射之三個離散經繞射波長。各經繞射波長分量由朝向偵測器603及604傳播之單獨圓錐606a、606b及606c組成。照明輻射之有限(並非無限小) NA的效應係具有不同波長之繞射輻射將重疊於偵測器603及604上。換言之，偵測器之特定像素將接收具有不同波長之輻射。此降低系統之波長解析度。圖10說明降低之波長解析度對曲線之解析度具有的影響。因為不同波長到達同一偵測器像素，所以曲線係有效地平滑的。量測值，例如疊對，之敏感度減小得多。此係因為強度差由於平滑而減小得多。
為了克服上文解釋之曲線的平滑，且因此為了避免量測技術之所得敏感度損失，根據本發明之一第一實施例，提供呈分離光學件形式之額外光學件，其包含繞射元件與聚焦元件之組合。如圖11中所說明，在第一實施例中，繞射元件及聚焦元件由置放於各偵測器之前的單個成像光柵607、608組成，藉此一個此成像光柵置放於已自基板上之結構繞射之照明輻射601之+1及-1，即，自形成於結構內之光柵602a及602b，繞射階中的每一者中。分別在+1及-1繞射階之路徑中，成像光柵中之每一者置放於基板與第一偵測器603及第二偵測器604之間。為簡單起見，在圖11中，照明輻射僅展示為具有兩個離散波長606a及606b，但在實踐中，例如若照明輻射源係如上文參考圖5所描述之高諧波產生源，則照明輻射可包含大量不同波長。
在第一實施例中，成像光柵係至少在一個方向上彎曲以便再聚焦自結構繞射之輻射的掠入射鏡面。舉例而言，其可為環形或圓柱形鏡面。在鏡面上，形成繞射光柵以繞射入射輻射，藉此將按不同角度繞射入射於成像光柵上之不同波長。與圓柱形/環形鏡面之再聚焦效應組合，成像光柵可以將不同位置，例如不同偵測器像素，處之不同波長聚焦於偵測器表面上的方式配置。此具有提高偵測之光譜解析度且因此提高量測設置之敏感度籍此使得能夠完全解析曲線的效應、以及上文闡明之優點。偵測器經配置以自成像光柵偵測+1及-1階繞射。
在一個實例中，繞射光柵係線性光柵，即，線密度/間距跨越光柵之表面恆定。在此狀況下，不同波長之第1繞射階的聚焦的位置大致沿著弧形配置。在另一實例中，繞射光柵形成有可變列間距。在此狀況下，不同波長之第1繞射階的聚焦的位置大致沿著直線配置。
在第二實施例中，而非使用單個成像光柵607、608以對來自基板上之結構的各繞射階進行再成像，為各偵測器提供單獨繞射元件及聚焦元件。圖12說明第二實施例，其中在兩個偵測器603、604中之每一者之前包括反射光柵612a、612b與聚焦鏡面611a、611b之一組合，以在偵測器之表面上空間分離+1及-1繞射階之波長。為了繪圖清晰起見，不同波長分量606a、606b展示為單個線，但應理解，歸因於照明輻射聚焦至目標上，繞射輻射將亦由存在於照明輻射中之各波長分量的有效圓錐組成。另外，僅展示兩個波長分量，但對於提供照明輻射之典型EUV源，將通常存在許多波長分量。相對於圖12中所說明之反射光柵，繞射元件可替代地係透射繞射光柵。聚焦元件可為掠入射環形鏡面或掠入射圓柱形鏡面。聚焦元件可替代地係橢圓形鏡面，或引起輻射之再聚焦的任何其他自由形式鏡面。藉由多個離散聚焦元件之一組合，例如一對鏡面，亦可達成聚焦。鏡面可相對於輻射之傳播方向置放於繞射元件之前或之後。在圖12中，鏡面相對於輻射之傳播方向置放於光柵之前。
在第一及第二實施例中，偵測器603、604中之一或兩者亦可經配置以偵測經再成像輻射610a及610b之0階。偵測經再成像輻射之0階可得到關於結構或光柵602a與602b之間的形成結構之部分之堆疊605之性質的額外資訊。然而，偵測0階係可選的，且對於本發明之工作並非必不可少的。在圖12中所說明之第二實施例中，尚未展示再成像輻射之零階，但如在圖11中所說明之第一實施例中，亦可例如出於校準目的而偵測到零階。
應瞭解，在第二實施例中，當光柵係反射光柵及透射光柵兩者時，聚焦元件可置放於光柵之前或之後。
形成第一實施例之成像光柵或第二實施例之單獨繞射光柵之部分之繞射光柵的最大列密度由存在繞射階可離開光柵表面之真實角度的要求設定。真實角度意謂與假想角度相對，在此狀況下光將作為消散波耦合且不傳播遠離光柵。若繞射光柵之鄰近列之間的距離至少係繞射輻射之波長，則將存在此角度。舉例而言，10至20 nm之波長範圍可非常適合於具有最大50000列/mm之列密度的光柵。
光柵列密度之下限由所要光譜解析度設定，即，由應被解析之鄰近波長λ之間的最小差dλ設定。依據N ＞ dλ/λ給出光柵上之需要待由自結構繞射之照明輻射之光束照明之線的最小數目N。切實地，對於積體電路之度量衡，可需要約dλ = 0.1 nm之解析度，其對於接近10 nm (即，典型EUV波長)範圍內之波長λ需要照明最少N至100個行。來自結構之繞射輻射之光束的典型發散預期係約數mrad。另外，再成像光柵將通常遠離結構數十公分置放。因而，光柵上之經繞射照明輻射的光點大小將係大致1 mm。因為此光點必須覆蓋如上文所展示之至少100列，所以列密度可為至少100列/mm。然而，應理解，基於光譜解析度及光束點大小之典型要求，此係例示性最小列密度。成像光柵之列密度可介於100列/mm至50000列/mm之範圍內。成像光柵之列密度可介於1000列/mm至20000列/mm之範圍內。成像光柵之列密度可介於5000列/mm至10000列/mm之範圍內。
現將參考圖13描述本發明之第三實施例。在此實施例中，而非上文所描述之成像光柵，在照明輻射之+1及-1繞射階的路徑中，在基板與偵測器603、604之間引入光罩613。光罩由孔徑陣列組成，其中各孔徑含有透射光柵。光罩類似於哈特曼光罩，其通常經最佳化用於全波前重建構。圖13係穿過光罩613之中心的橫截面。圖14係展示光罩之中心中之用於允許照明輻射601傳播穿過光罩至以下基板上之結構之開口614的示意性俯視圖。自結構繞射之照明輻射將照射於光罩上，且由孔徑陣列及形成於如下文所描述之光罩中之光柵操縱。
圖15係根據第三實施例之具有用於光罩613中之色散元件之孔徑陣列之一實例的微縮圖。孔徑陣列由具有孔徑615之不透明材料界定，且各孔徑615含有透射光柵結構。在此實例中，該結構由20 µm直徑之孔徑的集合組成，該等孔徑碾磨成金屬塗佈膜(其對EUV輻射不透明)。光罩設計可經最佳化用於特定度量衡目標(其係基板上之關注結構的實例)。舉例而言，孔徑位置、大小及光柵可皆針對最佳效能而經最佳化，例如偵測器處之不同波長分量的最佳分離。在此實例中，孔徑陣列係由孔徑位置之被標註為A及B的兩個交錯子集界定。子集之數目視需要可為一個、兩個或多於兩個。替代地，可僅存在孔徑之一個集合，且可不存在子集。孔徑之各子集排列在分別由二維間距向量a1 、a2 及b1 、b2 定義之二維柵格上。交錯間距向量ab 定義兩個柵格之間的偏移。應注意，各柵格之間距向量不平行，其亦不正交。在不脫離本發明之原理的情況下，其他配置係容許的。
圖16之(a)更詳細地展示屬於陣列位置之子集A的孔徑615(A)中之光柵結構，而圖16之(b)展示子集B中之孔徑615(B)。如可見，各光柵結構用(透射)線及(不透明)空間之光柵填充其孔徑。各光柵結構具有週期性方向，且子集A與B之間的差異為子集A之週期性方向(由光柵向量Pa 所指示)不同於子集B之週期性方向(由光柵向量Pb 所指示)。光柵結構之間距係使得合理數目個光柵線適合孔徑615之大小。在圖式中所展示之實例中，光柵結構之間距係0.5 µm。兩個子集之間距相同，但原則上可不同。
在圖15及圖16中亦展示光柵向量Pa 及Pb 。將可見，各光柵向量與孔徑陣列613中之位置之對應子集的間距向量實質上成垂直角度。熟習此項技術的讀者將已知光柵結構作用於使不同波長(不同光譜分量)之輻射分散於不同方向上。不同光譜分量之方向沿著色散方向間隔開。光柵向量亦界定色散方向。圖15中亦標記間距Sa及Sb。此等內容展示在橫向於由位置之陣列之彼子集中的光柵向量定義之色散方向的方向上量測的彼子集中之位置的最小分離。在本發明之內容背景中，不必具有屬於群組A之孔徑及屬於群組B之孔徑。所有孔徑亦可具有類似或相同光柵。
光柵結構係色散元件之一實例。原則上，亦可設想諸如稜鏡之折射色散元件，但光柵更適合於與極紫外線輻射一起使用。孔徑陣列及色散元件可提供為反射元件而非所展示透射元件。在一實施例中，基於哈特曼光罩，色散元件將足夠大以涵蓋聚焦元件之區域。色散元件可視需要形成為聚焦元件之一部分或作為一單獨組件而應用。色散元件可視需要配置於不同子集中。
光罩613將在偵測器之表面處空間分離照明輻射之+1及-1繞射階的不同波長分量，以及出於上文結合第一及第二實施例所提及之用途而保留零階。光罩的完整功能描述於2017年5月31日提交之歐洲專利申請案EP17173786.9及可在http://arxiv.org/abs/1712.04234得到之科學論文中，兩者之內容的全文係以引用方式併入本文中。可選擇光罩之參數以最佳化可在光罩之高階分支中偵測到之資訊的量。舉例而言，可最佳化孔徑之位置、大小、間距及形狀，以及光柵之間距及定向。對於半導體晶圓之度量衡，基板上之結構的先前知識通常可得到。接著有可能最佳化針對一特定目標之光罩設計：例如，將孔徑設計為位於預期光之位置處，選擇光柵間距以最佳化光譜解析度等等。
參考圖式中之圖17至圖20說明本發明實施例中之光罩613的操作。圖17說明已對於以下狀況自關注結構繞射之照明輻射的一例示性分佈：照明輻射具有極小數值孔徑且無分離光學件置放於該結構與偵測器之間。作為分別偵測+1及-1繞射階之偵測器603及604兩者上的小離散光點，在偵測器表面處捕獲照明輻射(例如，具有如圖5中所展示光譜之HHG輻射)的不同(離散)波長。虛線豎直線表示對稱軸。為了清晰起見，在圖17至圖20中僅說明三個單獨波長606a、606b及606c。藉由此等光點之強度逐波長比較，可導出曲線(例如，如圖8中所展示之曲線)。在照明輻射具有極小數值孔徑之狀況下，如圖17中所展示，可藉由直接對由波長照明之偵測器像素的強度進行求和來得出單個波長之強度。無偵測器像素由照明輻射之離散波長中的多於一個照明，對於照明輻射具有極小或完全可忽略數值孔徑且不需要分離光學件之此狀況，此使得對偵測器輸出之分析相對直接。在1D圓錐繞射之狀況下，所有光點將在偵測器表面處沿著弧形出現。
圖18說明已對於以下狀況自關注結構繞射之照明輻射的例示性分佈：照明輻射比圖17之照明輻射具有更大數值孔徑且無分離光學件置放於結構與偵測器之間。此情形可隨介於0.01至0.05之範圍內的數值孔徑出現。在入射光束之NA增加的情況下，照明輻射之不同(離散)波長在兩個偵測器603及604上重疊。由於此重疊，對像素進行分組以導出如上文參考圖17所描述之強度歸因於重疊而無法用以準確地判定單個波長之總偵測到強度。
圖19說明具有針對如圖18中所展示之照明輻射之分佈而最佳化之較佳孔徑615位置的例示性標記613之一部分。kg1 、kg2 及kg3 指示與孔徑中之每一者相關聯之光柵向量的方向，如參考圖16所解釋。在此實例中，光柵向量大致垂直於沿著其分佈繞射輻射之弧形。
圖20說明透射穿過光罩613且入射於監視照明輻射之+1繞射階之偵測器603上之照明輻射的分佈。在中心，對應於穿過光罩之孔徑直接透射照明輻射的光點620沿著原始弧形分佈。在此等光點620處，不同波長仍混合。以上及以下光點係經光譜解析光點歸因於孔徑中之光柵而形成於光罩光柵之+1及-1階中的位置。可藉由對由相同波長照明之像素進行求和來計算波長相關強度，且因此可導出類似於圖8之曲線的曲線。因此，光罩執行在第一偵測器及第二偵測器之表面處空間分離自關注結構繞射之照明輻射之不同波長的功能。
現將參考圖21描述本發明之第四實施例。在此實施例中，而非成像光柵或光罩，呈散射元件640形式之額外光學件在照明輻射601之+1及-1繞射階的路徑中設置於基板與偵測器603、604之間。散射元件可包含施用至掠入射鏡面或透射膜(例如，氮化矽薄膜)之半隨機結構/圖案或非週期性結構/圖案。含散射元件內/上之圖案可產生經賦予至自散射元件反射/透射穿過散射元件之經繞射照明輻射上的多色光斑圖案642。為簡單起見，在圖21中，照明輻射僅展示為具有兩個離散波長606a及606b，但在實踐中，例如若照明輻射源係如上文參考圖5所描述之高諧波產生源，則照明輻射可包含大量不同波長。
在所得光斑圖案642之一些區處，照明輻射之不同個別波長可在空間上非重疊，相比於將在未使用散射元件或其他分離光學件之狀況下與其他波長更少地重疊。此使得能夠相比於將在未使用散射元件之狀況下自經繞射照明輻射提取更多資訊。在此意義上，所得多色光斑圖案可比散射元件之前的經繞射照明輻射中可用含有更多可觀量測。
散射元件上之非週期性圖案較佳地充分眾所周知，使得對經散射照明輻射之分析能夠判定照明輻射之不同波長分量的強度。以此方式，使用具有已知非週期性圖案之散射元件類似於諸如X射線成像之技術中使用的寫碼孔徑/光罩。技術亦在分析散射照明輻射時自壓縮感測吸取概念。
散射元件可在資料獲取期間在空間上四處移動。舉例而言，相對於經繞射照明輻射之傳播方向，照明輻射之一系列曝光可由偵測器603、604在不同橫向或縱向位置中或按不同旋轉角運用散射元件取得。以此方式，技術可自疊層成像吸取態樣。預期藉由在四處移動散射元件，引入額外分集(亦即，照明輻射之空間分佈的額外波長相依性)，其可使得能夠提取關於經繞射照明輻射之更多資訊。
另外，可藉由疊層成像類方法與基準物之適當選擇組合校準散射元件自身，基準物例如用以分離個別波長之特殊材料/薄膜/多層，或具有特定間距以遍及散射元件掃描繞射階的光柵。
對於散射元件包含施用至掠入射鏡面之非週期性圖案之狀況，鏡面亦可具有光學功率，例如，其可為環形或圓柱形鏡面。光學功率之用途亦可延伸至散射元件在透射而非反射中操作的狀況。
散射元件之用途可放鬆將置於例如如上文參考第一實施例所描述之成像光柵上的某些要求。成像光柵可被視為散射元件之特殊狀況，其中圖案係可變列間距光柵而非半隨機或非週期性透射/反射圖案。
在所有上述實施例中，偵測器上之光點可比不具有分離光學件之狀況下將小大致100倍。即使當考慮(彎曲)繞射光柵之有限效率時，此將亦增加所量測信號之強度。此將相比於散彈雜訊(歸因於各像素上偵測到之有限數目個光子的統計誤差)改良有用信號，且因此提供更大量測敏感度和/或減少之獲取時間。
圖22說明用於使用度量衡裝置來判定基板上之結構之關注特徵的方法。在步驟S1處，使用聚焦光學件(例如，錐形鏡面)來使包含複數個波長之照明輻射聚焦至結構上。在步驟S3處，使用第一偵測器來偵測照明輻射之已自結構繞射的至少部分(例如，在+1繞射階中)。第一偵測器至少偵測已自結構繞射之照明輻射的非零繞射階。在步驟S1與S3之間，在步驟S2處，使用單獨光學件(例如，如上文所描述之光罩或成像光柵)來在第一偵測器之至少一部分上空間分離照明輻射之不同波長。應瞭解，在偵測已自關注結構繞射之照明輻射之前發生空間分離的步驟。
如在本發明之上下文中所用的術語「波長相關空間分佈」應被理解為意謂藉助於額外光學件為自結構繞射之照明輻射的兩個或更多個波長分量給予第一/第二偵測器上之不同空間分佈。以此方式，空間分佈(其可被視為照明輻射之各波長分量之個別空間分佈的重疊，例如由HHG源產生之各諧波)可含有照明輻射之特定波長分量比其他波長分量具有更高強度且反之亦然的區。舉例而言，對於額外光學件包含散射元件之狀況，可產生一系列部分重疊之光斑圖案(對於照明輻射之各波長產生一個光斑圖案)。因為各波長之光斑圖案將通常不同，所以由散射元件產生之總體空間分佈係波長相依的。
在後續經編號條項中揭示其他實施例：
1. 一種用於判定一基板上之一結構之一關注特徵的度量衡裝置，該結構具有繞射性質，該裝置包含：
聚焦光學件，其經組態以將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上；
一第一偵測器，其經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及
額外光學件，其經組態以在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，
其中該第一偵測器經配置以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
2. 如條項1之度量衡裝置，其中該第一偵測器經配置以偵測已自該結構繞射之該照明輻射之+1或-1繞射階中之至少一者。
3. 如條項1或2之度量衡裝置，其進一步包含經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射之部分的一第二偵測器，該等額外光學件經進一步組態以在該第二偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器與該第二偵測器經配置以偵測不同繞射階。
4. 如條項3之度量衡裝置，其中該第一偵測器及該第二偵測器經配置以分別偵測+1及-1繞射階。
5. 如任一前述條項之度量衡裝置，其中該照明輻射包含極紫外線EUV範圍內之輻射。
6. 如任一前述條項之度量衡裝置，其進一步包含經組態以發射該照明輻射之一輻射源。
7. 如條項6之度量衡裝置，其中該輻射源係一高諧波產生HHG源。
8. 如任一前述條項之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含分離光學件，該等分離光學件經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
9. 如條項8之度量衡裝置，其中該等分離光學件經進一步組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一不同部分上空間組合已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
10. 如條項8或9之度量衡裝置，其中該等分離光學件包含一繞射元件與一聚焦元件之一組合。
11. 如條項10之度量衡裝置，其中該聚焦元件係一掠入射鏡面。
12. 如條項11之度量衡裝置，其中該鏡面係一圓柱形或環形鏡面。
13. 如條項10至12中任一項之度量衡裝置，其中該繞射元件係一透射光柵。
14. 如條項13之度量衡裝置，其中該聚焦元件相對於該輻射之傳播方向置放於該透射光柵之後。
15. 如條項10至12中任一項之度量衡裝置，其中該繞射元件係一反射光柵。
16. 如條項15之度量衡裝置，其中該反射光柵相對於該輻射之傳播方向置放於該聚焦元件之後。
17. 如條項10之度量衡裝置，其中該繞射元件與該聚焦元件組合為一單個成像光柵。
18. 如條項17之度量衡裝置，其中該成像光柵包含具有一線性間距之列。
19. 如條項18之度量衡裝置，其中該成像光柵之列密度介於100列/mm至50000列/mm之範圍內。
20. 如條項17之度量衡裝置，其中該成像光柵包含具有一可變列間距的列，使得該成像光柵經組態在以該第一偵測器及/或該第二偵測器之表面在處沿著一實質上直線聚焦自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
21. 如條項1至7中任一項之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含一光罩層，該光罩層經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
22. 如條項21之度量衡裝置，其中該光罩層包含含有一或多個孔徑之一實質上不透明材料。
23. 如條項22之度量衡裝置，其中各孔徑包含一透射光柵。
24. 如條項22或23之度量衡裝置，其中該光罩僅含有一個孔徑。
25. 如條項22至24中任一項之度量衡裝置，其中該一或多個孔徑係矩形的。
26. 如條項21至25中任一項之度量衡裝置，其中該光罩係一哈特曼型光罩。
27. 如條項1至7中任一項之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含一散射元件。
28. 如條項27之度量衡裝置，其中該散射元件經配置以在已自該結構繞射之該照明輻射中產生一光斑圖案，其中該第一偵測器經配置以偵測該光斑圖案之至少一部分。
29. 如條項27或28之度量衡裝置，其中該散射元件包含一半隨機或非週期性圖案。
30. 如條項29之度量衡裝置，其中該半隨機或非週期性圖案經施加至一掠入射鏡面或一透射膜。
31. 如條項30之度量衡裝置，其中該半隨機或非週期性圖案由該散射元件之一先前表徵得知。
32. 如條項27至31中任一項之度量衡裝置，其中該散射元件經配置以平移或旋轉。
33 如任一前述條項之度量衡裝置，其中該第一偵測器及/或該第二偵測器係一單陣列偵測器或一單列偵測器之相異區域。
34. 如任一前述條項之度量衡裝置，其進一步包含經組態以基於來自至少該第一偵測器之一讀出而判定該關注特徵之一值的一處理器。
35. 如條項34之度量衡裝置，其中該關注特徵係以下各者中之至少一者：該結構內之兩個層的一疊對值(OV)；或該結構內之一元件的一臨界尺寸(CD)值。
36. 如條項9或依附於條項9之任何條項之度量衡裝置，其中該度量衡裝置經組態以使用自該結構繞射之該照明輻射之偵測到的零階來執行一校準。
37. 如任一前述條項之度量衡裝置，其中經聚焦至該結構上之該照明輻射的一數值孔徑NA介於0.01至0.05之範圍內。
38. 一種用於使用一度量衡裝置來判定一基板上之一結構之一關注特徵的方法，該結構具有繞射性質，該方法包含：
使用聚焦光學件來將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上；
使用一第一偵測器來至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及
藉由額外光學件在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，
其中該第一偵測器至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
39. 如條項38之方法，其中該第一偵測器偵測已自該結構繞射之該照明輻射之+1或-1繞射階中的至少一者。
40. 如條項37或38之方法，其進一步包含：
使用一第二偵測器來至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及
使用該等分離光學件來藉由該等額外光學件在該第二偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，
其中該第一偵測器與該第二偵測器偵測不同繞射階。
41. 如條項40之方法，其中該第一偵測器及該第二偵測器分別偵測+1及-1繞射階。
42. 如條項38至41中任一項之方法，其中該等額外光學件在該第一偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
43. 如條項42之方法，其中該等額外光學件亦在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一不同部分上空間組合已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
44. 如條項38至41中任一項之方法，其中該等額外光學件包含用於執行產生一波長相關空間分佈之該步驟的一散射元件。
45. 如條項44之方法，其中該散射元件在已自該結構繞射之該照明輻射中產生一光斑圖案，且其中該第一偵測器偵測該光斑圖案之至少一部分。
46. 如條項44或45之方法，其進一步包含表徵該散射元件。
47. 如條項44至46中任一項之方法，其進一步包含在偵測已自該結構繞射之該照明輻射期間平移或旋轉該散射元件。
48. 如條項44至47中任一項之方法，其進一步包含藉由壓縮感測執行對偵測到之照明輻射之一分析。
49. 如條項38至48中任一項之方法，其進一步包含操作一輻射源以提供包含極紫外線EUV範圍內之輻射之該照明輻射。
50. 如條項38至49中任一項之方法，其進一步包含基於來自至少該第一偵測器之一讀出而判定該關注特徵之一值。
51. 如條項50之方法，其中該關注特徵係以下各者中之至少一者：該結構內之兩個層的疊對(OV)；或該結構內之一元件的臨界尺寸(CD)。
52. 一種電腦程式，其包含在經執行於至少一個處理器上時使得該至少一個處理器控制一裝置以執行如條項38至52中任一項之方法的指令。
53. 一種含有如條項52之電腦程式的載體，其中該載體係一電子信號、光學信號、無線電信號中之一者，或係非暫時性電腦可讀儲存媒體。
54. 一種包含如條項1至37中任一項之度量衡裝置的微影裝置。
55. 一種包含如條項54之裝置的微影單元。
儘管在本文中特定地參考「度量衡裝置」，但此術語亦可指檢測裝置或檢測系統。舉例而言，包含本發明之一實施例的檢測裝置可用以偵測基板之缺陷或基板上之結構之缺陷。在此實施例中，基板上之結構之關注特徵可能係關於結構中之缺陷、結構之特定部分之不存在或基板上之非想要結構之存在。
儘管可在本文中特定地參考在IC製造中之微影裝置之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用。可能的其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測、平板顯示器、液晶顯示器(liquid-crystal display，LCD)、薄膜磁頭等等。
儘管可在本文中特定地參考在度量衡裝置之內容背景中之本發明的實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、微影裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置的部分。此等裝置可一般被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍(非真空)條件。
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，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。
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。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如所描述之本發明進行修改。
302‧‧‧檢測裝置
310‧‧‧輻射源
312‧‧‧照明系統
314‧‧‧參考偵測器
315‧‧‧信號
316‧‧‧基板支撐件
318‧‧‧偵測系統
320‧‧‧度量衡處理單元(MPU)
330‧‧‧驅動雷射器
332‧‧‧高諧波產生(HHG)氣胞
334‧‧‧氣體供應件
336‧‧‧電源
340‧‧‧第一輻射光束
342‧‧‧經濾光光束
344‧‧‧濾光器件
350‧‧‧檢測腔室
352‧‧‧真空泵
356‧‧‧經聚焦光束
360‧‧‧反射輻射
372‧‧‧位置控制器
374‧‧‧感測器
382‧‧‧光譜資料
397‧‧‧繞射輻射
398‧‧‧偵測系統
399‧‧‧信號
601‧‧‧照明輻射
602‧‧‧繞射光柵
602a‧‧‧光柵
602b‧‧‧光柵
603‧‧‧第一偵測器
604‧‧‧第二偵測器
605‧‧‧堆疊
606a‧‧‧波長分量/波長/圓錐
606b‧‧‧波長分量/波長/圓錐
606c‧‧‧波長/圓錐
607‧‧‧成像光柵
608‧‧‧成像光柵
610a‧‧‧經再成像輻射
610b‧‧‧經再成像輻射
611a‧‧‧聚焦鏡面
611b‧‧‧聚焦鏡面
612a‧‧‧反射光柵
612b‧‧‧反射光柵
613‧‧‧光罩
614‧‧‧開口
615‧‧‧孔徑
615(A)‧‧‧孔徑
615(B)‧‧‧孔徑
620‧‧‧光點
640‧‧‧散射元件
642‧‧‧多色光斑圖案
a1‧‧‧二維間距向量
a2‧‧‧二維間距向量
ab‧‧‧交錯間距向量
A‧‧‧子集
b1‧‧‧二維間距向量
b2‧‧‧二維間距向量
B‧‧‧輻射光束/子集
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CL‧‧‧電腦系統
DE‧‧‧顯影器
I/O1‧‧‧輸入埠
I/O2‧‧‧輸出埠
IF‧‧‧位置量測系統
IL‧‧‧照明系統/照明器
kg1‧‧‧方向
kg2‧‧‧方向
kg3‧‧‧方向
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MT‧‧‧光罩支撐件
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
Pa‧‧‧光柵向量
Pb‧‧‧光柵向量
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
S‧‧‧輻射光點
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
Sa‧‧‧間距
Sb‧‧‧間距
SC‧‧‧旋塗器
SC1‧‧‧第一標度
SC2‧‧‧第二標度
SC3‧‧‧第三標度
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
T‧‧‧目標/關注結構
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板支撐件
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
δ‧‧‧疊對
λ‧‧‧波長
現在將參看隨附圖式而僅借助於實例來描述實施例，在該等圖式中：
圖1描繪微影裝置之示意性概述；
圖2描繪微影單元之示意性概述；
圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作；
圖4描繪度量衡裝置之示意性表示，其中波長範圍介於0.1 nm至100 nm之輻射可用於量測基板上之結構之參數；
圖5說明自諸如高諧波產生源之EUV源獲得的典型光譜；
圖6說明具有入射於繞射光柵上之複數個波長之照明輻射的一實例；
圖7說明類似於圖6之情形的情形，但在散射計中執行以繞射為基礎之不對稱性量測的內容背景中加以說明；
圖8說明由散射計之兩個偵測器依據疊對δ之兩個不同值的波長λ而偵測到之強度之間的差之一實例；
圖9說明類似於圖7之情形的情形，但在緊密地聚焦照明輻射時加以說明；
圖10針對照明輻射緊密地聚焦的狀況而說明由散射計之兩個偵測器依據疊對δ之兩個不同值的波長λ而偵測到之強度之間的差之一實例；
圖11說明本發明之使用成像光柵的第一實施例；
圖12說明本發明之使用聚焦鏡面與反射繞射光柵之組合的第二實施例；
圖13說明本發明之使用光罩的第三實施例；且
圖14至圖16，包含圖16之(a)及圖16之(b)，說明本發明之第三實施例中使用之光罩的態樣；
圖17至圖20說明光罩之分離偵測器表面處之不同波長的功能；
圖21說明本發明之使用散射元件的第四實施例；且
圖22係對應於用於使用度量衡裝置來判定基板上之結構之關注特徵之方法的流程圖，該結構具有繞射性質。

Claims (15)

  1. 一種用於判定一基板上之一結構之一關注特徵的度量衡裝置，該結構具有繞射性質，該裝置包含： 聚焦光學件，其經組態以將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上； 一第一偵測器，其經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及 額外光學件，其經組態以在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈， 其中該第一偵測器經配置以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
  2. 如請求項1之度量衡裝置，其中該第一偵測器經配置以偵測已自該結構繞射之該照明輻射之+1或-1繞射階中之至少一者。
  3. 如請求項1或2之度量衡裝置，其進一步包含經組態以至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射之部分的一第二偵測器，該等額外光學件經進一步組態以在該第二偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈，其中該第一偵測器與該第二偵測器經配置以偵測不同繞射階。
  4. 如請求項3之度量衡裝置，其中該第一偵測器及該第二偵測器經配置以分別偵測該+1及該-1繞射階。
  5. 如請求項1或2之度量衡裝置，其中該照明輻射包含極紫外線EUV範圍內之輻射。
  6. 如請求項1或2之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含分離光學件，該等分離光學件經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
  7. 如請求項6之度量衡裝置，其中該等分離光學件經進一步組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一不同部分上空間組合已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
  8. 如請求項6之度量衡裝置，其中該等分離光學件包含一繞射元件與一聚焦元件之一組合。
  9. 如請求項8之度量衡裝置，其中該聚焦元件係一掠入射鏡面，且其中視情況，該鏡面係一圓柱形或環形鏡面。
  10. 如請求項1或2之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含一光罩層，該光罩層經組態以在該第一偵測器及/或該第二偵測器之至少一部分上空間分離已自該結構繞射之該照明輻射的不同波長。
  11. 如請求項1或2之度量衡裝置，其中該等額外光學件包含一散射元件。
  12. 如請求項11之度量衡裝置，其中該散射元件經配置以在已自該結構繞射之該照明輻射中產生一光斑圖案，其中該第一偵測器經配置以偵測該光斑圖案之至少一部分。
  13. 如請求項11之度量衡裝置，其中該散射元件包含一半隨機或非週期性圖案。
  14. 一種用於使用一度量衡裝置來判定一基板上之一結構之一關注特徵的方法，該結構具有繞射性質，該方法包含： 使用聚焦光學件來將包含複數個波長之照明輻射聚焦至該結構上； 使用一第一偵測器來至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的部分；及 藉由額外光學件在該第一偵測器之至少一部分上產生已自該結構繞射之該照明輻射之不同波長的一波長相關空間分佈， 其中該第一偵測器至少偵測已自該結構繞射之該照明輻射的一非零繞射階。
  15. 一種電腦程式，其包含在經執行於至少一個處理器上時使得該至少一個處理器控制一裝置執行如請求項14之方法的指令。
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