TWI576674B - 檢測裝置及器件製造方法 - Google Patents

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TWI576674B
TWI576674B TW104131655A TW104131655A TWI576674B TW I576674 B TWI576674 B TW I576674B TW 104131655 A TW104131655 A TW 104131655A TW 104131655 A TW104131655 A TW 104131655A TW I576674 B TWI576674 B TW I576674B
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Description

檢測裝置及器件製造方法
本發明係關於可用以(例如)在藉由微影技術進行器件製造中執行度量衡的檢測裝置及方法。本發明進一步係關於使用微影技術來製造器件之方法。
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，圖案化器件(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，包括晶粒之部分、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。
在微影程序中，需要頻繁地進行所產生結構之量測，例如以用於程序控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(器件中兩個層之對準準確度)之特殊化工具。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等器件將輻射光束導向至目標上且量測散射輻射之一或多個屬性-例如，依據波長而變化的在單一反射角 下之強度；依據反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或依據反射角而變化的偏振-以獲得可供判定目標之所關注屬性之繞射「光譜(spectrum)」。此等散射計為檢測裝置之實例，但本發明亦應用於其他形式之檢測裝置，諸如，顯微鏡。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述之類型之角度解析散射計。由此等散射計使用之目標為相對大(例如，40微米乘40微米)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。除了藉由重新建構進行特徵形狀之量測以外，亦可使用此裝置來量測以繞射為基礎之疊對，如已公佈專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像之以繞射為基礎之疊對度量衡實現對較小目標之疊對量測。可在國際專利申請案US20100328655A1及US2011069292A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等申請案之文件之全文據此係以引用方式併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步開發。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。可使用一複合光柵目標而在一個影像中量測多個光柵。所有此等申請案之內容亦以引用方式併入本文中。
如為吾人所知，每一產品及程序在度量衡目標之設計及藉以將執行疊對量測之適當度量衡「配方」之選擇時需要謹慎。在已知度量衡技術中，在所要照明條件下照明度量衡目標時，捕捉該目標之繞射圖案及/或暗場影像。在度量衡配方中藉由各種照明參數來界定此等照明條件，照明參數諸如，輻射之波長、輻射之角強度分佈(照明輪廓)及輻射之偏振。檢測裝置包括包含一或多個輻射源的照明系統，及用於運用所要照明參數來遞送照明的照明系統。實務上，將希望照 明系統可藉由改變諸量測之間的此等參數而在不同照明模式之間切換。在下文中，出於方便起見，術語「光」將用以係指照明輻射，而不暗示對可見波長之任何限制。
在一個市售裝置中，照明系統包括界定光之所要角度分佈的孔徑選擇器件。在已知照明系統中存在若干移動部件，從而使得該照明系統對振動及磨損敏感。此等移動部件包括孔徑選擇器件。另一已公佈專利申請案US20130141730A1提議產生具有定製顏色及/或偏振分佈之照明輪廓。在彼狀況下之定製輪廓係藉由在光纖束之不同光纖之間切換來達成。提供光纖切換系統以使具有所要顏色及偏振之光的光纖耦接至將光遞送至照明光瞳中之特定部位之光纖。在具有相似考慮因素的情況下，可在收集路徑中需要另一孔徑器件。
作為對移動孔徑選擇器件之替代例，以上公開案中之一些提及：亦可使用可程式化空間光調變器(SLM)，諸如，可變形鏡面陣列或液晶(LC)透射SLM。原則上，此等器件應實現具有較少移動部件之較精巧設計。然而，實務上此等器件尚未被實施用於照明器。此情形之一個原因可為：將諸如DMD之反射可程式化SLM提供於照明路徑中需要迴旋式光束路徑且造成佈局困難。關於LC遮光片類型器件之問題為：其通常僅遞送一個偏振光，而度量衡應用需要控制作為配方中之照明參數之偏振之自由度。
已知設計之問題為：一或多個光束分裂元件通常用以遞送及/或收集檢測輻射。可在每一光束分裂器處損耗高達一半可用輻射。因此，以低光強度採取量測，自該等量測難以獲得具有高產出率之低雜訊量測。液晶型SLM另外阻擋至少一半可用光，從而加至此難題。US20070279630(KLA)揭示用於半導體製造中之疊對度量衡的「次序選定」顯微鏡。據稱空間光調變器(SLM)器件可提供於照明路徑及成像路徑中之一者或兩者中。SLM之實例包括玻璃上鉻圖案，且可提供 切趾功能而非選擇。對於成像路徑，據提及，可使用液晶透射或反射經像素化元件或數位微鏡面器件(digital micro-mirror device；DMD)。然而，針對照明路徑並未提及此元件，且根本不論述作為照明參數之偏振。
本發明旨在提供用於度量衡及其他應用的不具有將以其他方式引起之一些損害的替代照明系統，其中可藉由可程式化器件選擇照明輪廓。舉例而言，本發明可改良輻射利用率以允許量測速度及/或量測效能改良。
在一第一態樣中，本發明提供一種檢測裝置，其包含：-一照明系統，其用於運用照明輻射來照明一目標結構；-一收集系統，其用於在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；及-一可程式化空間光調變器，其形成該照明系統及該收集系統兩者之部分，該空間光調變器包含一可移動反射元件陣列且可操作以同時界定該照明輻射之一空間輪廓及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
在本發明之一些實施例中，一接物鏡形成該照明系統及該收集系統兩者之部分。該可移動反射元件陣列可(例如)提供於與該接物鏡之一光瞳平面共軛之一平面中。
在該收集系統中，可提供一影像偵測器以捕捉該經收集輻射或其一部分，以用於數位處理。該偵測器可提供於與該接物鏡之該光瞳平面共軛之另一平面中。舉例而言，此偵測器可用於角度解析散射量測。替代地或另外，一影像偵測器可提供於該接物鏡之一場平面中。此影像偵測器可用於使用該散射輻射之選定部分來形成該目標之一影像。偵測器可提供於一共軛光瞳平面及一共軛場平面兩者中。在具有一顯微鏡之形式的一檢測裝置中，代替一數位影像偵測器或除了一數 位影像偵測器以外，亦可包括一接目鏡以用於觀測該經收集散射輻射。
在本發明之一些實施例中，該反射元件陣列中之每一元件在至少一第一位置與一第二位置之間可移動。處於該第一位置中之反射元件界定該照明輻射之該空間輪廓之作用中部分，而處於該第二位置中之元件界定收集之該空間輪廓之作用中部分。舉例而言，此可移動元件陣列可包含一市售DMD器件。
在一第二態樣中，本發明提供一種檢測一目標結構之方法，其包含：-運用照明輻射來照明一目標結構；-在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；-使用包含一可移動鏡面元件陣列之一可程式化空間光調變器以同時界定該照明輻射之一空間輪廓及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
該方法可包括：自該同一目標結構收集散射輻射達複數次，每次皆改變該等空間輪廓；及/或自複數個目標結構收集散射輻射，而將不同空間輪廓用於不同目標結構。
在另一態樣中，本發明提供一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：-使用根據本發明之該第一態樣或該第二態樣之一檢測裝置或方法以量測形成於該等基板中之至少一者上的至少一所關注結構之一屬性；及-根據該經量測屬性針對稍後基板而控制該微影程序。
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。本文中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。
-1‧‧‧一階射線/繞射射線
0‧‧‧零階射線/繞射射線
+1‧‧‧一階射線/繞射射線
-1(13S)‧‧‧-1繞射射線
+1(13N)‧‧‧+1繞射射線
2‧‧‧寬頻帶(白光)輻射投影儀
4‧‧‧光譜儀
6‧‧‧光譜
8‧‧‧結構或輪廓
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
12a‧‧‧準直使用透鏡系統/透鏡
12b‧‧‧彩色濾光器
12c‧‧‧偏振器
13‧‧‧孔徑器件/照明孔徑/板/孔徑光闌
13'‧‧‧場光闌
13a‧‧‧環形孔徑
13b‧‧‧孔徑/孔徑光闌
13N‧‧‧孔徑
13S‧‧‧孔徑
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧部分反射表面
16‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡/光束分裂器
17‧‧‧第二光束分裂器
19‧‧‧偵測器/光瞳影像感測器
21‧‧‧孔徑光闌
22‧‧‧成像光學系統
23‧‧‧場影像感測器/暗場成像感測器
30‧‧‧基板目標
712‧‧‧摺疊鏡面
713‧‧‧可移動鏡面陣列器件
740‧‧‧基板
742‧‧‧個別可移動反射元件陣列/鏡面陣列
742a‧‧‧鏡面元件
742b‧‧‧鏡面元件
742c‧‧‧元件
742d‧‧‧元件
745‧‧‧照明輸入路徑
746‧‧‧光束截止器
748‧‧‧光學路徑
750‧‧‧摺疊鏡面
752‧‧‧輸出路徑
780‧‧‧光學元件
900‧‧‧光瞳
900a‧‧‧陣列部分/左半側/元件
900b‧‧‧鏡面元件/右半側
902‧‧‧照明之特定空間輪廓
904‧‧‧圖案
906‧‧‧自由作用中部分
922‧‧‧互補照明輪廓
924‧‧‧散射零階輻射之經捕捉影像
926‧‧‧橫越光瞳之零階散射之完整量測
a‧‧‧象限/區
a0‧‧‧零階反射
a-1‧‧‧一階繞射信號
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
b‧‧‧象限
B‧‧‧輻射光束
b+1‧‧‧一階繞射信號
b0‧‧‧零階反射
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
CP‧‧‧收集路徑
DE‧‧‧顯影器
DP‧‧‧截止器路徑
EXP‧‧‧曝光站
I‧‧‧照明射線
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
IP‧‧‧照明路徑
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
LS‧‧‧位階感測器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MEA‧‧‧量測站
MET‧‧‧度量衡系統
MT‧‧‧圖案化器件支撐件或支撐結構
NP‧‧‧光瞳之非作用中部分
O‧‧‧光軸/軸線
P‧‧‧背向投影式光瞳平面
P'‧‧‧共軛光瞳平面
P"‧‧‧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/影像處理器及控制器/處理器
PW‧‧‧第二定位器
RF‧‧‧參考框架
RO‧‧‧基板處置器或機器人
RP‧‧‧參考路徑
S‧‧‧經聚焦光點/照明輻射光點/量測光點
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
S7‧‧‧步驟
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
SP‧‧‧直通路徑
T‧‧‧度量衡目標/度量衡目標光柵
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
θ1‧‧‧角度
θ2‧‧‧角度
現在將參看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件，且在該等圖式中：圖1描繪微影裝置；圖2描繪其中可使用根據本發明之檢測裝置的微影製造單元或叢集；圖3說明作為檢測裝置之第一實例的光譜散射計之操作原理；圖4以示意圖形式說明作為檢測裝置之另一實例的角度解析散射計；圖5(a)示意性地說明經調適以執行角度解析散射量測及暗場成像檢測方法的檢測裝置；圖5(b)示意性地說明目標光柵及繞射射線；圖6示意性地說明用於已知檢測裝置之照明系統中的孔徑器件；圖7(a)為根據本發明之第一實施例的經調適以執行角度解析散射量測之檢測裝置的示意圖，其中(b)為用於該裝置中之鏡面陣列器件的細節；圖8以三個組態(a)至(c)展示圖7之鏡面陣列器件，且另外兩個組態(d)及(e)說明可使用經修改鏡面陣列器件而實施的本發明之實施例；圖9更詳細地說明在鏡面陣列器件之一個實例組態中之圖7之裝置的操作；圖10更詳細地說明為了藉由切換操作模式量測零階繞射輻射之圖10之裝置的操作；圖11為根據本發明之第二實施例的經調適以執行角度解析散射量測及暗場成像檢測方法之檢測裝置的示意圖；及 圖12為根據本發明之一實施例的使用檢測裝置來控制微影程序之方法的流程圖。
在詳細地描述本發明之實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例之實例環境。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：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DUV輻射)；圖案化器件支撐件或支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；兩個基板台(例如，晶圓台)WTa及WTb，其各自經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且各自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，包括一或多個晶粒)上。參考框架RF連接各種組件，且用作用於設定及量測圖案化器件及基板之位置以及圖案化器件及基板上之特徵之位置的參考件。
照明系統可包括用於導向、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。
圖案化器件支撐件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，圖案化器件是否被固持於真空環境中)之方式來固持圖案化器件。圖案化器件支撐件可採取許多形式。圖案化器件支撐件可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。
本文所使用之術語「圖案化器件」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 中產生圖案的任何器件。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所產生之器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射圖案化器件)。替代地，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)。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。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「圖案化器件」同義。術語「圖案化器件」亦可被解譯為係指以數位形式儲存用於控制此可程式化圖案化器件之圖案資訊的器件。
本文所使用之術語「投影系統」應被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，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。
微影裝置亦可屬於如下類型：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。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。浸沒技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。
在操作中，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，輻射源與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括(例如)合適導向鏡面及/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(例如)包括用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD、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入射於被固持於圖案化器件支撐件MT上之圖案化器件MA上，且係藉由該圖案化器件而圖案化。在已橫穿圖案化器件(例如，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，干涉量測器件、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WTa或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圖案化器件(例如，光罩)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(例如，光罩)MA及基板W。儘管如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圖案化器件(例如，光罩)MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。小對準標記亦可在器件特徵當中包括於晶粒內，在此狀況下，需要使標記儘可能地小且無需與鄰近特徵不同的任何成像或程序條件。
可在多種模式中使用所描繪裝置。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，同步地掃描圖案化器件支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WT(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WT相對 於圖案化器件支撐件(例如，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)。如在此項技術中為吾人所熟知，其他類型之微影裝置及操作模式係可能的。舉例而言，步進模式為吾人所知。在所謂「無光罩」微影中，使可程式化圖案化器件保持靜止，但其中圖案改變，且移動或掃描基板台WT。
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、WTb以及兩個站-曝光站EXP及量測站MEA-在該兩個站之間可交換基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且進行各種預備步驟。此情形實現裝置之產出率之相當大增加。該等預備步驟可包括使用位階感測器LS來映射基板之表面高度外形，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。若位置感測器IF在其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相對於參考框架RF之位置。代替所展示之雙載物台配置，其他配置為吾人所知且可用。舉例而言，提供基板台及量測台之其他微影裝置為吾人所知。此等基板台及量測台在執行預備量測時銜接在一起，且接著在基板台經歷曝光時不銜接。
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)之此等器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。
為了正確且一致地曝光由微影裝置所曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測屬性，諸如，後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)，等等。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括度量衡系統MET，度量衡系統MET收納已在微影製造單元中處理之基板W中的一些或全部。將度量衡結果直接或間接地提供至監督控制系統SCS。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而使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下。基板又，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進一步處理。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進一步曝光。
在度量衡系統MET內，檢測裝置係用以判定基板之屬性，且詳言之，判定不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在不同層間變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機器件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置緊接在曝光之後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，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。
圖3描繪可用作上文所描述的類型之度量衡系統中之檢測裝置的已知光譜散射計。該光譜散射計包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。反射輻射傳遞至光譜儀4，光譜儀4量測鏡面反射輻射之光譜6(依據波長而變化的強度)。自此資料，可藉由在處理單元PU內計算而重新建構引起經偵測光譜之結構或輪廓8。舉例而言，可藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸抑或與經預量測光譜或經預運算經模擬光譜庫比較來執行重新建構。一般而言，對於重新建構，結構之一般形式為吾人所知，且自供製造結構之程序之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之少許參數以自散射量測資料予以判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
圖4展示代替光譜散射計或除了光譜散射計以外亦可使用的已知角度解析散射計之基本元件。在此類型之檢測裝置中，由照明系統12調節由輻射源11發射之輻射。舉例而言，照明系統12可包括一準直使用透鏡系統12a、一彩色濾光器12b、一偏振器12c及一孔徑器件13。經調節輻射遵循照明路徑IP，在該照明路徑IP中，經調節輻射係由部分反射表面15反射且經由顯微鏡接物鏡16而聚焦至基板W上之光點S中。度量衡目標T可形成於基板W上。透鏡16具有高數值孔徑(NA)，較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。浸潤流體可視需要用以獲得超過1的數值孔徑。
與在微影裝置LA中一樣，可在量測操作期間提供一或多個基板 台以固持基板W。該等基板台可在形式上相似於或相同於圖1之基板台WTa、WTb。(在檢測裝置與微影裝置整合之實例中，該等基板台可甚至為相同基板台)。粗略定位器及精細定位器可經組態以相對於量測光學系統來準確地定位基板。提供各種感測器及致動器(例如)以獲取所關注目標之位置，且將所關注目標帶入至接物鏡16下方之位置中。通常將對橫越基板W之不同部位處之目標進行許多量測。基板支撐件可在X及Y方向上移動以獲取不同目標，且在Z方向上移動以獲得光學系統在目標上之所要聚焦。當實務上光學系統保持實質上靜止且僅基板移動時，方便地將操作考慮並描述為好像接物鏡及光學系統被帶入至基板上之不同部位。倘若基板及光學系統之相對位置正確，彼等基板及光學系統中之一者或兩者在真實世界中是否移動原則上不重要。
當輻射光束入射於光束分裂器16上時，該輻射光束之部分透射通過該光束分裂器(部分反射表面15)且遵循朝向參考鏡面14之參考路徑RP。
由基板反射之輻射(包括由任何度量衡目標T繞射之輻射)係由透鏡16收集且遵循收集路徑CP，在收集路徑CP中，輻射通過部分反射表面15而傳遞至偵測器19中。偵測器可位於處於透鏡16之焦距F的背向投影式光瞳平面P中。實務上，光瞳平面自身不可得到，且可代替地運用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至位於所謂共軛光瞳平面P'中之偵測器上。該偵測器可為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜或繞射光譜。在光瞳平面或共軛光瞳平面中，輻射之徑向位置界定輻射在經聚焦光點S之平面中之入射角/出射角，且圍繞光軸O之角度位置界定輻射之方位角。偵測器19可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可使用為(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
參考路徑RP中之輻射投影至同一偵測器19之一不同部分上或替 代地投影至不同偵測器(圖中未繪示)上。參考光束常常用以(例如)量測入射輻射之強度，以允許散射光譜中量測之強度值之正規化。
可注意，在輻射自源11至偵測器19之路途上，由部分反射表面15反射輻射且稍後使輻射透射通過部分反射表面15。在每一反射或透射處，輻射之相當大部分「損耗」且不能用於量測。在與表面之每次遭遇處，損耗量通常為50%。因此，在所展示配置中，最大可用輻射僅為照明輻射的25%。此情形加至關於偏振(另一50%)、光譜濾光及其類似者之任何損耗。損耗輻射之一部分可用於其他目的，例如，用以伺服聚焦或對準；或用於如上文所描述之參考光束。然而，可用信號之此損耗不可避免地限制檢測裝置在準確度及/或產出率方面之效能。吾人在下文中進一步揭示設法使較多輻射可用於量測之替代配置。
返回至已知裝置，照明系統12之各種組件可調整以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。可(例如)藉由干涉濾光器之集合實施彩色濾光器12b以選擇在(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如，200奈米至300奈米)之範圍內的不同所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可使用光柵以代替干涉濾光器。偏振器12c可旋轉或可調換以便在輻射光點S中實施不同偏振狀態。孔徑器件13可經調整以實施不同照明輪廓。孔徑器件13位於與接物鏡16之光瞳平面P及偵測器19之平面共軛的平面P"中。以此方式，由孔徑器件界定之照明輪廓界定傳遞通過孔徑器件13上之不同部位之輻射的入射於基板上之光之角度分佈。
偵測器19可量測在單一波長(或窄波長範圍)下之散射光之強度、分離地在多個波長下之散射光之強度，或遍及一波長範圍而整合之散射光之強度。此外，該偵測器可分離地量測橫向磁偏振光及橫向電偏振光之強度，及/或橫向磁偏振光與橫向電偏振光之間的相位差。
在度量衡目標T提供於基板W上的情況下，此度量衡目標T可為1-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，長條係由固體抗蝕劑線形成。目標可為2-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中。此圖案對微影投影裝置(特別是投影系統PS)中之色像差敏感。照明對稱性及此等像差之存在將顯露於經印刷光柵中之變化中。因此，經印刷光柵之散射量測資料係用以重新建構光柵。1-D光柵之參數(諸如，線寬及形狀)或2-D光柵之參數(諸如，導柱或通孔寬度或長度或形狀)可經輸入至藉由處理單元PU自印刷步驟及/或其他散射量測程序之知識而執行之重新建構程序。本文所揭示之技術不限於光柵結構之檢測，且任何目標結構(包括空白基板或在上方僅具有扁平層之基板)包括於術語「目標結構」內。
除了藉由重新建構進行參數之量測以外，角度解析散射量測亦有用於產品及/或抗蝕劑圖案中之特徵之不對稱性之量測。不對稱性量測之一特定應用係針對疊對之量測，其中目標包含疊置於另一組週期性特徵上的一組週期性特徵。舉例而言，在上文所引用之已公佈專利申請案US2006066855A1中描述使用圖3或圖4之器具進行不對稱性量測的概念。簡單地說，雖然目標之繞射光譜中之繞射階之位置係僅藉由目標之週期性予以判定，但繞射光譜中之強度位準之不對稱性指示構成該目標的個別特徵中之不對稱性。在圖4之器具中(其中偵測器19可為影像感測器)，繞射階之此不對稱性直接呈現為由偵測器19記錄之光瞳影像中之不對稱性。可藉由單元PU中之數位影像處理來量測此不對稱性，且相對於已知疊對值來校準此不對稱性。
圖5(a)更詳細地展示藉由相同於圖4之裝置的原理來實施角度解析散射量測的檢測裝置，其具有額外調適以執行所謂暗場成像。裝置可為單機器件，或併入於(例如)量測站處之微影裝置LA中抑或微影製 造單元LC中。貫穿裝置具有若干分支之光軸係由點線O表示。圖5(b)中更詳細地說明目標光柵T及繞射射線。
相同元件符號係用於已經在圖4之裝置中描述的組件。照明路徑被標註為IP，如前所述。為了清楚起見，省略參考路徑RP。相比於彼裝置，第二光束分裂器17將收集路徑劃分成兩個分支。在第一量測分支中，偵測器19確切地記錄目標之散射光譜或繞射光譜，如上文所描述。此偵測器19可被稱作光瞳影像偵測器。
可注意此時第二光束分裂器17如何進一步劃分輻射量，從而有效地將每一分支中之可用於量測之輻射量減半。本發明不意欲排除光束分裂器及部分反射表面之使用。然而，對商用裝置使用不同光學分支來提供多個功能之需要或希望說明在源與偵測器之間的任何路徑中發生可用信號之相當大損耗。
在第二量測分支中，成像光學系統22在感測器23(例如，CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標之影像。孔徑光闌21提供於在收集路徑中在與光瞳平面共軛的平面中之平面中(其亦可被稱為光瞳光闌)。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑13可採取不同形式一樣。通常，孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像係僅由一階光束形成。此影像為所謂暗場影像，其等效於暗場顯微法。將由感測器19及23捕捉之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將取決於正被執行之量測之特定類型。
在此實例中之照明路徑中，額外光學件被展示為使得場光闌13'可置放於與目標及影像感測器23之平面共軛之平面中。此平面可被稱作場平面或共軛影像平面，且具有如下屬性：橫越該場平面之每一空間位置對應於橫越目標之一位置。此場光闌可用以(例如)出於特定目的而塑形照明光點，或簡單地用以避免在裝置之視場內但不為所關注 目標之部分的照明特徵。以下圖式及論述借助於實例涉及用於孔徑器件13之功能之實施的技術，但本發明亦涵蓋用以實施場光闌13'之功能之相同技術的使用。
圖6展示實例孔徑器件13。此孔徑器件13採取輪之形式，其中可選擇多種孔徑13a、13b、13N、13S且該等孔徑13a、13b、13N、13S定位於照明系統12之光束路徑中。如已經提及，可藉由在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中界定空間強度分佈來選擇輻射入射於基板上之角度範圍。詳言之，此選擇通常可藉由選擇在來自透鏡12a之經準直輻射之路徑中的合適形式之孔徑來進行。
在使用(例如)孔徑13a的情況下，吾人獲得以照明系統之光軸為中心之環形照明輪廓。量測光點S中之輻射將以錐角(不涵蓋與基板W之直角)入射於該基板上。換言之，孔徑13a可用以提供離軸照明輪廓。
在引言及申請專利範圍之語言中，吾人可稱照明之空間輪廓可藉由孔徑器件界定。當孔徑器件位於與照明光學系統之光瞳平面共軛的平面中時，孔徑器件可具體地界定角度照明輪廓。(另一方面，場光闌13'界定橫越目標之平面之照明的空間輪廓)。
如圖5(b)更詳細所展示，目標光柵T經置放為基板W垂直於接物鏡16之光軸O。在離軸照明輪廓之狀況下，以與軸線O成一角度照射於光柵T上的照明射線I引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標光柵的情況下，此等射線僅僅為覆蓋包括度量衡目標光柵T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。因為板13中之環形孔徑13a具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，所以入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數 (point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。
藉由使用不同孔徑，其他照明模式係可能的。舉例而言，孔徑13b提供同軸照明。孔徑13N(「北」)及13S(「南」)各自提供僅自特定窄角範圍之離軸照明。返回至圖5(a)，藉由將環形孔徑之完全相對部分指定為北(N)及南(S)來說明此情形。來自照明之圓錐之北部分的+1繞射射線(其被標註為+1(13N))進入接物鏡16，且來自圓錐之南部分的-1繞射射線(其被標註為-1(13S))亦如此。如在引言中所提及的先前申請案中所描述，在於此類型之孔徑13N、13S之間切換時使用暗場成像感測器23為自多個小目標獲得不對稱性量測之一種方式。孔徑光闌21可用以在使用離軸照明時阻擋零階輻射。
雖然展示離軸照明，但可代替地使用目標之同軸照明，且使用具有離軸孔徑之孔徑光闌13b以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在一實例中，使用稜鏡來代替孔徑光闌21，稜鏡具有使+1階及-1階轉向至感測器23上之不同部位使得該+1階及該-1階可被偵測且被比較而不會產生兩個影像之效應。上文所提及之已公佈專利申請案US2011102753A1中揭示此技術，該專利申請案之內容據此係以引用方式併入。代替一階光束或除了一階光束以外，亦可將二階、三階及高階光束(圖5中未繪示)用於量測中。
照明輪廓可極大地變化，且定製照明之使用在微影及光學度量衡兩者中變得愈來愈重要。照明之定製實現量測品質(TMU、交叉相關性及敏感度)之改良。圖6之「孔徑輪」中僅展示照明輪廓之若干實例。出於空間之原因，難以使在一個輪中包括所有可能理想孔徑。又，改變孔徑所需之機制引入潛在定位誤差及振動源，以及操作中之延遲。因此，需要使用可程式化空間光調變器(SLM)來實施照明模式。可得到各種技術供用作可程式化SLM，最佳已知技術為液晶(LC) 遮光片及微鏡面陣列(亦被稱為可變形微鏡面器件或DMD)。LC遮光片具有關於在所說明裝置中用作孔徑器件13之缺點，包括可用光之額外50%的損耗及對偏振之限定。
作為對LC遮光片型SLM之替代例，諸如DMD之可移動反射元件陣列原則上極有吸引力。具有數千像素及高切換速度之DMD易於可用，而用於(例如)數位投影儀中。取決於反射材料，反射SLM無需限定可用偏振。又，光損耗可最小。然而，反射SLM需要迴旋式佈局。設計用於真實商用檢測裝置之精巧光學佈局(其在圖5中被展示為極大地簡化)鑒於必須包括之不同分支及輔助功能而已經具有挑戰性。使在每一分支中包括一或多個反射SLM極大地增加了挑戰。
本發明使能夠待在諸如散射計之檢測裝置中獲得可程式化SLM之益處，同時改良光利用率且維持精巧佈局。
圖7(a)展示檢測裝置之一般配置，其中具有與圖4及圖5之裝置中相同的功能之組件具有相似元件符號。因此，吾人看到輻射源11及接物鏡16皆將照明輻射光點S遞送至目標T。在引言及申請專利範圍之語言中，此等組件連同示意性地展示之關聯透鏡系統可被認為是照明系統12。該等組件界定照明路徑IP。亦存在界定用於由目標散射之輻射之收集路徑CP的收集系統。下文中將進一步描述收集系統。
在所說明實例中，照明路徑IP係藉由使在照明系統12中包括鏡面712而摺疊。此鏡面並非必需的，而是輔助達成精巧配置。鏡面712在此實例中彎曲，從而執行準直功能。該鏡面無需彎曲，且可藉由折射透鏡執行準直功能。然而，由於DMD上之傾斜入射角，運用反射元件達成所需光學校正會更簡單。
在照明路徑IP中，提供呈鏡面陣列器件713之形式的可程式化反射空間光調變器。此器件使路徑再次摺疊，同時伺服孔徑光闌13之功能。該鏡面陣列器件定位於與接物鏡之光瞳平面P共軛之平面P"中。 詳言之，該鏡面陣列器件受到處理器PU控制以充當可程式化空間光調變器。因此，處理器PU除了計算量測結果及其他功能以外亦在申請專利範圍之語言中用作控制器。可將控制器功能與處理器功能分離，其限制條件為：處理器知曉為了獲得用於計算中之量測資料已使用哪些空間輪廓。
如圖7(b)中更詳細地說明，可移動鏡面陣列器件713包含基板740，在該基板740上配置有個別可移動反射元件陣列742。此等反射元件將在以下描述中被稱作鏡面元件。純粹出於說明起見，展示一行八個鏡面元件。實務上，可設想數百或數千微型鏡面之二維陣列。此實例中之每一鏡面元件可經設定在兩個預定位置中之一者中。設定第一位置會將鏡面元件置放於由角度θ1表示之第一定向處，且設定第二位置會將鏡面元件置放於由角度θ2表示之第二定向處。在(例如)市售DMD中，相對於與陣列742之平面垂直之方向，角度θ1可為12度，而角度θ2為-12度。
自摺疊鏡面712通向鏡面陣列器件713之照明路徑IP之區段可被視為照明系統12中之照明輸入路徑745。如圖7(b)中所說明，以角度θ1(第一位置)置放之鏡面元件742a將把輻射自輸入路徑反射至共同光學路徑中，且因此將輻射反射朝向接物鏡16及目標。另外，僅處於第一位置之彼等元件將界定照明系統之空間輪廓中之作用中(亮)部分。處於角度θ2之鏡面元件將不界定照明系統之空間輪廓中之作用中(亮)部分。光束截止器746收集由此等元件反射的遵循如所展示之截止器路徑DP之照明輻射。光束截止器746可為簡單吸收器。然而，視需要，可運用截止器路徑執行感測功能，例如以用於強度正規化，使得此處之光不被廢棄。
關於作為自接物鏡之透視圖檢視之像素之鏡面元件，處於角度θ1之鏡面元件742a將呈現為亮像素。此等像素表示照明系統之空間輪廓 中之作用中部分。處於角度θ2之鏡面元件742b將呈現為暗的。
在所說明實例中，為了清楚起見，僅展示若干可移動鏡面元件(像素)。真實實施中之像素(可移動反射元件)之數目當然為設計選擇問題。實務上可存在幾百或成千上萬個像素。舉例而言，可方便的是在每一路徑中提供等於或實質上等於檢測裝置之光瞳影像感測器19中之像素之數目的像素數目。以此方式，照明輪廓中之空間解析度可與光瞳影像感測器中之空間解析度匹配。舉例而言，在SLM 260之每一部分中可存在500×500個像素，且在光瞳影像感測器19中可存在500×500個像素。易於可得到具有較大數目個像素之DMD器件，包括來自Texas Instruments(美國、德克薩斯、達拉斯)(www.dlp.com)的熟知DLP範圍的產品。
返回至圖7(a)，吾人現在考慮用於已由目標T散射且含有用於量測目標之屬性之有用資訊的輻射之收集系統。與在已知裝置中一樣，提供用於收集散射輻射且將散射輻射遞送至偵測器19之收集路徑。如在已知器具中一樣，照明路徑IP及收集路徑CP共用接物鏡16及其他組件。在本裝置中，亦由鏡面陣列器件713形成之可程式化SLM亦為收集路徑之部分。換言之，在鏡面元件陣列與目標之間，界定形成照明系統及收集系統之部分的共同光學路徑748。在引言及申請專利範圍之語言中，此等共同元件連同偵測器及關聯透鏡形成收集系統。以相似於照明系統之方式，此實例中之收集系統包括摺疊鏡面750。鏡面750彎曲，以便執行聚焦功能。在光瞳影像感測器19之狀況下，此感測器處於接物鏡16之光瞳平面P之共軛平面P'中。收集系統包括用於使共軛光瞳平面P"中之可程式化SLM之影像形成至共軛光瞳平面P'中之感測器19上的鏡面750及其他聚焦元件。(在具有成像分支及場影像感測器23之實施例中，將形成目標T之影像，如已經在上文所描述)。
再次參看圖7(b)，將看到，光學路徑之幾何佈局及鏡面陣列器件 740中之鏡面元件之設定位置已經設計使得處於角度θ2之鏡面元件742b將反射自接物鏡16傳回至通向感測器19的輸出路徑752之輻射。亦即，在處理器PU之控制下，鏡面陣列742之每一鏡面元件可在不同時間作為照明路徑IP之部分抑或收集路徑之部分而伺服。藉由此精巧配置，許多有用空間輪廓可經程式化以用於照明系統及收集系統。一種約束為：同一元件不能在照明路徑及收集路徑兩者中同時伺服。然而，如下文中將說明，此約束並不漸漸損害諸如半導體度量衡之實務應用中之配置的益處。
現在，可注意，在圖7之裝置中，照明路徑IP或收集路徑CP皆不包括部分反射表面15。因此，可用於偵測器19處之輻射之比例可高達已知裝置中之輻射比例的四倍。如已經所提及，本發明決不排除部分反射表面之使用，其中部分反射表面可用以將可用輻射劃分至不同路徑中以用於不同功能。舉例而言，可使用光束分裂器17(圖中未繪示；相似於圖5中之光束分裂器)提供具有暗場成像感測器23之第二偵測分支。然而，消除部分反射表面15且使用高效率反射元件陣列會立即增加可用輻射及可用時間之利用效率。
因為照明路徑經兩次摺疊、收集路徑經兩次摺疊且在該兩個路徑之間共用反射SLM，所以達成精巧設計。
圖8展示程式化鏡面陣列器件之各種組態可如何實施用於已知散射量測技術中之照明及收集的不同種類之空間輪廓。(應用不限於散射量測，且可(例如)包括顯微法)。應理解，以一個任意橫截面說明該陣列，且實務上設定二維圖案。所有不同組態係藉由來自諸如處理器PU之控制器之合適控制信號之應用程式設定。
在圖8中之(a)處，陣列之左半側中之鏡面元件742a處於第一位置，使得光瞳之左半側在照明路徑IP中係作用中的(亮)。陣列之右半側中之鏡面元件742b處於第二位置，使得光瞳之右半側在收集路徑 CP中係作用中的。亦參看圖5(b)，熟習此項技術者應瞭解，將在偵測器19處接收來自目標之零階(反射)輻射。
在圖8中之(b)處，鏡面元件之位置簡單地為組態(a)之反轉。陣列之右半側中之鏡面元件742a處於第一位置，使得光瞳之右半側在照明路徑IP中係作用中的(亮)。陣列之左半側中之鏡面元件742b處於第二位置，使得光瞳之左半側在收集路徑CP中係作用中的。再次，將在偵測器19處接收來自目標之零階(反射)輻射。
在組態(c)中，陣列之外部區中之鏡面元件742a處於第一位置，使得光瞳之外部部分在照明路徑IP中係作用中的。此情形給出離軸照明輪廓。陣列之中心部分中之鏡面元件742b處於第二位置，使得光瞳之中心部分在收集路徑CP中係作用中的。與圖5(a)之設置中一樣，有效地向同軸孔徑光闌(圖5中之孔徑光闌21)提供離軸照明。藉由反轉設定位置，可同樣容易配置同軸照明與離軸收集。
圖8(d)展示可在鏡面陣列器件允許針對每一鏡面元件設定第三位置的情況下實施的實例組態。儘管此為二維說明，但應瞭解，光射線可偏轉至圖式平面中及偏轉出圖式平面中兩種情況。在實務裝置中，光束路徑(尤其出於各種目的而分支)很可能為三維的。在所說明實例(d)中，元件742c處於第三位置，其之傾斜軸線包括平行於頁面之分量。因此，在此第三位置中，一元件將輻射偏轉至圖式平面中或偏轉出圖式平面，該輻射遠離共同光學路徑。因此，此等元件在照明路徑或收集路徑中皆不在作用中。光瞳之此等非作用中部分被標註為NP(「無路徑」)。與在截止器路徑DP之狀況中一樣，可將偏轉輻射發送至吸收器(光束截止器)或出於有用目的而使用偏轉輻射。
並非如此易於可得到具有三個位置之鏡面陣列，但可在需要時定製具有三個位置之鏡面陣列。應注意，若第三位置之目的僅為截止非想要輻射，則無需與第一位置及第二位置一樣準確地來界定第三位 置。此組態之益處為：其允許光瞳之區域在照明系統或收集系統中皆不在作用中之模式。儘管展示將輻射偏轉出路徑IP、CP之平面之位置，但可代替地提供比第一位置抑或第二位置更極端的「無路徑」位置。
圖8(e)展示可在鏡面陣列器件允許針對每一鏡面元件設定一不同第三位置的情況下實施的實例組態。在此狀況下，元件742d被展示處於第三位置，其確切地在第一位置與第二位置之間的半途。因此，此等元件提供自SLM之輸入路徑直接通向至輸出路徑之路徑，而完全省略共同光學路徑、接物鏡15及目標T。元件在此位置中之區帶被標註為SP(「直通」路徑)。此路徑可用以(例如)獲得用於校準之參考信號。可在未執行量測時使用「直通」路徑。亦可在正執行量測時但在未涉及之光瞳之部分中使用直通路徑。
再次，並非如此易於可得到具有三個經良好界定位置之鏡面陣列，但可在需要時定製具有三個經良好界定位置之鏡面陣列。若可製造該鏡面陣列，則可使用具有四個位置之鏡面陣列以實施同一裝置中之組態(d)及(e)之特徵。又，雖然未必容易製造呈藉由微影而製造之微鏡面器件之形式的具有第三位置及第四位置之鏡面陣列，但本發明不限於微鏡面器件。可設想可藉由較習知方式移動之較大鏡面元件陣列。
參看圖9且在兩個維度中檢視鏡面陣列742，圓圈900表示照明系統及收集系統之光瞳。鏡面陣列簡單地為矩形，此係因為此方便且可易於得到。存在成千上萬個像素，且並未個別地展示該等像素。光瞳900外部之陣列之部分係非作用中的。(兩個光瞳在範圍方面無需相同，但出於簡單起見吾人假定其相同)。假設需要902處所說明的照明之特定空間輪廓。在照明系統之此所要空間輪廓中，被標註為a及b的兩個完全相對象限係亮的，而另外兩個象限係暗的(不透明)。此類型 之孔徑係自已公佈專利申請案US 2010/201963在散射量測裝置中為吾人所知。下文中將進一步描述此經修改照明孔徑之價值。
為了實施此分段照明輪廓，將部分900a或陣列742中之鏡面元件設定至第一位置，且將鏡面元件900b設定至第二位置。現在假定目標T為一維繞射光柵。雖然照明之空間輪廓902具有被標註為a及b之亮象限，但由目標光柵之線繞射引起的繞射圖案係由904處之圖案表示。在此圖案中，除了被標註為a0及b0之零階反射以外，亦可看見一階繞射信號，其被標註為a-1、a+1、b-1及b+1。因為照明孔徑之其他象限係暗的且更通常因為照明圖案具有180°旋轉對稱性，所以繞射階a-1及b+1係「自由的」，此意謂其不與來自照明孔徑之其他部分之零階或高階信號重疊。可利用經分段照明圖案之此屬性以自繞射光柵(對準標記)獲得間距為可在使用習知圓形對稱之照明孔徑的情況下成像之最小間距之一半的清晰一階信號。
回想起，鏡面陣列742之部分900b在收集路徑CP中係作用中的。如在906處看到，此等自由作用中部分包括存在繞射圖案904之自由一階的光瞳之部分。與習知散射計形成對比，零階部分不可見，此係因為陣列部分900a不能在照明路徑及收集路徑兩者中同時在作用中。然而，若量測之目的為研究一階繞射((例如)以量測目標不對稱性或疊對)，則此情形無損耗。如已經關於圖8之組態(a)及(b)所提及，可藉由配置不具有180°旋轉對稱性的組態來收集零階散射輻射。
圖10說明在需要用於整個光瞳之零階散射輻射之狀況下使用的切換操作模式。藉由偵測器19使用陣列746之不同設定來捕捉兩個光瞳影像。在第一設定中，將陣列之左半側900a中之鏡面元件設定至第一位置且將右半側900b中之元件設定至第二位置。在足夠量測時間之後，儲存第一影像且切換兩個半邊之設定，使得元件900a在右半側且元件900b在左半側。捕捉第二影像，其具有與第一影像相同的捕捉設 定。因此，該兩個影像含有用於照明之兩個互補空間輪廓及收集之兩個互補空間輪廓之量測資料。
在922處，展示兩個互補照明輪廓，其中首先光瞳之右半側係亮的(區a)且接著其次光瞳之左半側係亮的。在924處，吾人看到散射零階輻射之經捕捉影像。自此等兩個經捕捉影像，在926處產生橫越光瞳之零階散射之完整量測。現在，應瞭解，兩個影像捕捉操作花費的時間長達單次捕捉的兩倍。然而，應記住，經捕捉影像在本裝置中之亮度為已知裝置中之亮度的四倍，總捕捉時間(即使對於此雙捕捉操作模式)不差於已知裝置中之總捕捉時間。對於其他操作模式(諸如，圖9中所說明之操作模式)，可極大地增加操作速度(及/或可在不減低速度的情況下增加量測品質)。
遵循此等實例，可看到可如何收集及量測零階散射輻射及/或非零階散射輻射，以執行與在已知裝置中相同類型的角度解析散射量測及以繞射為基礎之量測。信號強度相比於依賴於光束分裂器及/或LC遮光片之配置得以最大化。可視需要採取具有不同偏振及波長之量測。
圖11為根據本發明之第二實施例的經調適以執行暗場成像檢測方法之檢測裝置的示意圖。該裝置相同於圖7之裝置，惟提供場影像感測器23來代替光瞳影像感測器19除外。額外光學元件780將目標T之影像聚焦至感測器23上。感測器23藉此位於與目標T之平面共軛之場平面F'中，而非位於光瞳平面中。可實施已知裝置之暗場成像分支之所有功能。
如已經提及，本發明不排除提供光束分裂器以將輻射分裂成不同功能分支。因此，在本發明之第三實施例中，使用光束分裂器17將圖7及圖11之裝置以與其在圖5之已知裝置中相同的方式組合於單一裝置中。
應用實例
圖12為展示以上實施例之檢測裝置在器件製造中之微影程序之監控及控制中的應用。在步驟S1中，將基板W裝載至檢測裝置中。基板具有已藉由微影程序而形成之一或多個目標結構。將目標T定位於光學系統之視場中，例如，接物鏡16下方。在步驟S2中，將鏡面陣列器件713設定成所要組態，其中不同鏡面元件經定位以界定照明路徑IP及收集路徑CP之作用中區域。視情況，當然，可實施具有第三位置之組態，如上文所論述。
在步驟S3中，操作檢測裝置以使用經界定組態來捕捉散射輻射。參看圖10之實例，可執行選用步驟S4及S5以使用路徑IP及CP之經反轉組態來捕捉影像。
在步驟S6中，在使用上文之引言中引用之先前申請案中描述的技術中之任一者的情況下使用散射輻射來計算目標之屬性。在步驟S7中，使用所計算目標屬性以控制微影程序。舉例而言，在所計算屬性為疊對的情況下，可在用於處理後續基板及/或用於同一基板之後續處理中之對準模型中包括校正。
就此而言應理解，實務上可對基板上之一給定部位處及橫越基板W之若干目標部位處的若干不同目標執行該方法，以獲得所要資訊。可(例如)使用不同波長(顏色)及/或不同偏振之照明輻射來執行對同一目標之兩個或兩個以上量測。
圖7至圖12所展示之實施並非唯一一個可能性，且可考慮許多變體。上文已經提及一些變體。
一般而言，當使用鏡面陣列器件時，每一鏡面元件(像素)在照明路徑中必須在作用中抑或不在作用中。像素「半作用中」不可用。倘若在照明輪廓中需要部分作用中像素，則此情形可在DMD器件中藉由在捕捉期間快速接通及切斷像素來進行。在每一鏡面元件僅具有兩 個位置之實施例中，此情形之效用有限，此係因為同一像素將在照明路徑及收集路徑兩者中部分在作用中。然而，此效應僅在遍及影像捕捉週期整合切換時適用。事實上，兩個路徑將決不同時在作用中。
本發明不排除除了鏡面陣列器件以外的孔徑器件亦包括於照明路徑及收集路徑中之一者或兩者中之可能性。
結論
本文所揭示之檢測裝置可消除與照明參數及照明輪廓之機械切換相關聯的延遲及/或誤差之來源。檢測裝置可使用更多源輻射，藉此以在給定時間內進行更多量測及/或以改良型信雜比進行量測。經最佳化空間輪廓允許較佳度量衡效能，無論是在以散射量測繞射為基礎之度量衡、暗場成像度量衡抑或其他技術中。照明配方之間的改良型切換速度允許更快地承擔某些類型之量測，特別是在諸如不對稱性之單一量測需要對同一目標之一個以上量測時，或在需要對橫越一基板之部位處之若干目標進行不同量測時。當基於運用檢測裝置獲得之量測結果來應用校正時，度量衡中之改良型效能得到微影程序中之改良型效能。
可藉由如下操作來改良使用微影程序來製造器件之方法：提供如本文所揭示之檢測裝置；使用該檢測裝置以量測經處理基板以量測微影程序之效能參數；及調整程序之參數以改良或維持微影程序之效能以用於後續基板之處理。
與如實現於基板及圖案化器件上之目標之實體光柵結構相關聯地，一實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等機器可讀指令描述設計度量衡配方及/或控制檢測裝置以實施照明之空間輪廓及收集之空間輪廓以及彼等度量衡配方之其他態樣的方法。可(例如)在用於設計/控制程序之分離電腦系統中執行此電腦程式。替代地，可在圖7之裝置中之單元PU內及/或圖2之控制單元 LACU內完全或部分地執行程序。亦可提供經儲存有此電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。
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，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器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，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
在以下編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種檢測裝置，其包含：-一照明系統，其用於運用照明輻射來照明一目標結構；-一收集系統，其用於在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；及-一可程式化空間光調變器，其形成該照明系統及該收集系統兩者之部分，該空間光調變器包含一可移動反射元件陣列且可操作以同時界定該照明輻射之一空間輪廓及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
2.如條項1之檢測裝置，其進一步包含一接物鏡，該接物鏡形成該照明系統及該收集系統兩者之部分，且其中該可移動鏡面元件陣列提供於與該接物鏡之一光瞳平面共軛之一平面中。
3.如條項2之檢測裝置，其中該收集系統包括一影像偵測器，該影像偵測器提供於與該接物鏡之該光瞳平面共軛之另一平面中。
4.如條項2或3之檢測裝置，其中該收集系統包括一影像偵測器，該影像偵測器提供於與該接物鏡之一場平面共軛之一平面中。
5.如前述條項中任一項之檢測裝置，其中該反射元件陣列中之每一元件在至少一第一位置與一第二位置之間可移動，且其中處於該第 一位置中之反射元件界定該照明輻射之該空間輪廓之作用中部分，而處於該第二位置中之元件界定收集之該空間輪廓之作用中部分。
6.如條項5之檢測裝置，其中該等反射元件中之至少一者進一步可移動至一第三位置，在該第三位置中其既不界定該照明輻射之該空間輪廓之一作用中部分亦不界定收集之該空間輪廓之一作用中部分。
7.如條項5或6之檢測裝置，其中在該反射元件陣列與該目標之間，界定形成該照明系統及該收集系統之部分的一共同光學路徑，且其中該反射元件陣列中之每一元件在處於該第一位置中時經定向成用以將輻射自一照明輸入路徑反射至該共同光學路徑中，且在處於該第二位置中時經定向成用以將輻射自該共同光學路徑反射至一輸出路徑中。
8.如條項7之檢測裝置，其中該反射元件陣列中之每一元件在處於該第二位置中時經定向成用以將輻射自該照明輸入路徑反射至一光束截止器中。
9.如條項6之檢測裝置，其中該反射元件陣列中之每一元件在處於該第二位置中時經定向成用以將輻射自該照明輸入路徑反射至一輔助感測器中。
10.如條項7、8或9之檢測裝置，其中該照明系統包括一照明路徑摺疊鏡面，該照明路徑摺疊鏡面用於將該照明輻射自一輻射源遞送至該照明輸入路徑中。
11.如條項9之檢測裝置，其中該照明路徑摺疊鏡面彎曲。
12.如條項7、8、9或10之檢測裝置，其中該照明系統包括一收集路徑摺疊鏡面，該收集路徑摺疊鏡面用於將輻射自該輸出路徑遞送至一偵測器。
13.如條項12之檢測裝置，其中該收集路徑摺疊鏡面彎曲。
14.如前述條項中任一項之檢測裝置，其進一步包含一控制 器，該控制器用於接收指定一所要空間輪廓之信號且用於設定該等反射元件之該等位置以實施該指定輪廓。
15.如前述條項中任一項之檢測裝置，其進一步包含一處理器，該處理器經配置以自該收集系統接收量測資料，且結合照明之該空間輪廓及收集之該空間輪廓之知識而使用該所接收量測資料以計算該目標結構之一屬性。
16.如條項15之檢測裝置，其中該處理器經配置以接收使用照明之空間輪廓及收集之空間輪廓之兩個互補組合而獲得的量測資料，且結合照明之該等空間輪廓及收集之該等空間輪廓之知識而使用該所接收量測資料以計算該目標結構之一屬性。
17.如前述條項中任一項之檢測裝置，其進一步包含一處理器，該處理器經配置以接收該目標結構之該所計算屬性，且產生校正以用於控制藉以製造該目標結構之一微影程序之未來效能。
18.一種檢測一目標結構之方法，其包含：-運用照明輻射來照明一目標結構；-在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；-使用包含一可移動鏡面元件陣列之一可程式化空間光調變器以同時界定該照明輻射之一空間輪廓及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
19.如條項18之方法，其中在該照明步驟及該收集步驟兩者中使用一接物鏡，且其中該可移動鏡面元件陣列提供於與該接物鏡之一光瞳平面共軛之一平面中。
20.如條項19之方法，其進一步包含使用提供於與該接物鏡之該光瞳平面共軛之另一平面中的一影像偵測器來捕捉該經收集散射輻射之部分。
21.如條項19或20之方法，其進一步包含使用提供於與該接物 鏡之一場平面共軛之一平面中的一影像偵測器來捕捉該經收集散射輻射之部分。
22.如條項18至21中任一項之方法，其中該反射元件陣列中之每一元件在至少一第一位置與一第二位置之間可移動，且其中處於該第一位置中之反射元件界定該照明輻射之該空間輪廓之作用中部分，而處於該第二位置中之元件界定收集之該空間輪廓之作用中部分。
23.如條項18至22中任一項之方法，其進一步包含產生或接收指定一所要空間輪廓之信號且設定該等反射元件之該等位置以實施該指定輪廓。
24.如條項18至23中任一項之方法，其進一步包含產生或接收指定一所要空間輪廓之信號且設定該等反射元件之該等位置以實施該指定輪廓。
25.如條項18至24中任一項之方法，其進一步包含自收集系統接收量測資料，且結合照明之該空間輪廓及收集之該空間輪廓之知識而使用該所接收量測資料以計算該目標結構之一屬性。
26.如條項25之方法，其中使用照明之空間輪廓及收集之對應空間輪廓之兩個互補組合來獲得量測資料。
27.一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：-使用一如條項25或26之方法以量測形成於該等基板中之至少一者上的至少一所關注結構之一屬性；及-根據該經量測屬性針對稍後基板而控制該微影程序。
28.一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：-使用一如條項15或16之檢測裝置以量測形成於該等基板中之至少一者上的至少一所關注結構之一屬性；及 -根據該經量測屬性針對稍後基板而控制該微影程序。
29.一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器控制一如條項1至16中任一項之檢測裝置中的該反射元件陣列，藉此以實施照明之複數個空間輪廓及收集之關聯空間輪廓以計算該目標結構之一屬性。
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之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明之一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而易於修改及/或調適此等特定實施例，而無需不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於(例如)描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解譯。
本發明之廣度及範疇不應由上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
16‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡/光束分裂器
19‧‧‧偵測器/光瞳影像感測器
712‧‧‧摺疊鏡面
713‧‧‧可移動鏡面陣列器件
740‧‧‧基板
742‧‧‧個別可移動反射元件陣列/鏡面陣列
742a‧‧‧鏡面元件
742b‧‧‧鏡面元件
745‧‧‧照明輸入路徑
746‧‧‧光束截止器
748‧‧‧光學路徑
750‧‧‧摺疊鏡面
752‧‧‧輸出路徑
CP‧‧‧收集路徑
DP‧‧‧截止器路徑
IP‧‧‧照明路徑
O‧‧‧光軸/軸線
P‧‧‧背向投影式光瞳平面
P'‧‧‧共軛光瞳平面
P"‧‧‧平面
PU‧‧‧處理單元/影像處理器及控制器/處理器
S‧‧‧經聚焦光點/照明輻射光點/量測光點
T‧‧‧度量衡目標/度量衡目標光柵
W‧‧‧基板
θ1‧‧‧角度
θ2‧‧‧角度

Claims (15)

  1. 一種檢測裝置，其包含：一照明系統，其用於運用照明輻射來照明一目標結構；一收集系統，其用於在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；及一可程式化空間光調變器，其形成該照明系統及該收集系統兩者之部分，該空間光調變器包含一可移動反射元件陣列且該等移動反射元件之所有者可同時被選擇性地操作以同時界定該照明輻射之一空間輪廓(profile)及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
  2. 如請求項1之檢測裝置，其進一步包含一接物鏡，該接物鏡形成該照明系統及該收集系統兩者之部分，且其中該可移動鏡面元件陣列提供於與該接物鏡之一光瞳平面共軛之一平面中。
  3. 如請求項2之檢測裝置，其中該收集系統包括一影像偵測器，該影像偵測器提供於與該接物鏡之該光瞳平面共軛之另一平面中。
  4. 如請求項2之檢測裝置，其中該收集系統包括一影像偵測器，該影像偵測器提供於與該接物鏡之一場平面共軛之一平面中。
  5. 如請求項1至4中任一項之檢測裝置，其中該反射元件陣列中之每一元件在至少一第一位置與一第二位置之間可移動，且其中處於該第一位置中之反射元件界定該照明輻射之該空間輪廓之作用中部分，而處於該第二位置中之元件界定收集之該空間輪廓之作用中部分。
  6. 如請求項1至4中任一項之檢測裝置，其進一步包含一控制器，該控制器用於接收指定一所要空間輪廓之信號且用於設定該等 反射元件之該等位置以實施該指定輪廓。
  7. 如請求項1至4中任一項之檢測裝置，其進一步包含一處理器，該處理器經配置以自該收集系統接收量測資料，且結合照明之該空間輪廓及收集之該空間輪廓之知識而使用該所接收量測資料以計算該目標結構之一屬性。
  8. 如請求項7之檢測裝置，其中該處理器經配置以接收使用照明之空間輪廓及收集之空間輪廓之兩個互補組合而獲得的量測資料，且結合照明之該等空間輪廓及收集之該等空間輪廓之知識而使用該所接收量測資料以計算該目標結構之一屬性。
  9. 如請求項1至4中任一項之檢測裝置，其進一步包含一處理器，該處理器經配置以接收該目標結構之該所計算屬性，且產生校正以用於控制藉以製造該目標結構之一微影程序之未來效能。
  10. 一種檢測一目標結構之方法，其包含：運用照明輻射來照明一目標結構；在該照明輻射已由該目標結構散射之後收集該照明輻射；同時選擇性地操作一可程式化空間光調變器之一可移動鏡面元件陣列中之所有可移動鏡面元件以同時界定該照明輻射之一空間輪廓及該散射輻射之收集之一空間輪廓。
  11. 如請求項10之方法，其中在該照明步驟及該收集步驟兩者中使用一接物鏡，且其中該可移動鏡面元件陣列提供於與該接物鏡之一光瞳平面共軛之一平面中。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含使用提供於與該接物鏡之該光瞳平面共軛之另一平面中的一影像偵測器來捕捉該經收集散射輻射之部分。
  13. 如請求項11或12之方法，其進一步包含使用提供於與該接物鏡之一場平面共軛之一平面中的一影像偵測器來捕捉該經收集散射 輻射之部分。
  14. 一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用一如請求項7或8之檢測裝置以量測形成於該等基板中之至少一者上的至少一所關注結構之一屬性；及根據該經量測屬性針對稍後基板而控制該微影程序。
  15. 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器控制一如請求項1至8中任一項之檢測裝置中的該反射元件陣列，藉此以實施照明之複數個空間輪廓及收集之關聯空間輪廓以計算該目標結構之一屬性。
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