TWI588442B - 用於控制兩物件間之距離之方法與檢測裝置及方法 - Google Patents

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Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Description

用於控制兩物件間之距離之方法與檢測裝置及方法
本發明係關於一種用於控制兩物件間之距離之方法及關聯裝置。隨著一特定應用，本發明可應用於控制光學元件與反射或繞射表面之間的間隙。本發明可用於(例如)藉由微影技術製造之元件之檢測，以量測疊對誤差或其他參數。
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。可經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來施加圖案。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。
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之臨界線寬。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。特殊化檢測工具之快速且非侵入性形式為散射計，其中輻射光束經導向至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之屬性。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。兩種主要類型之散射計為吾人所知。光譜散射計將寬頻帶輻射光束導向 至基板上且量測散射至特定窄角度範圍中之輻射之光譜(依據波長而變化的強度)。角解析散射計使用單色輻射光束且量測依據角度而變化的散射輻射之強度。散射量測之一個特定應用係在一週期目標內之特徵不對稱性之量測中。此散射量測可用作(例如)疊對誤差之量度，但其他應用亦為吾人所知。在角解析散射計中，可藉由比較繞射光譜之相對部分(例如，比較週期性光柵之繞射光譜中之-1階與+1階)來量測不對稱性。可在角解析散射量測中簡單地進行此比較，如(例如)在已公佈專利申請案US2006066855A1中所描述。在微影處理中在實體尺寸縮減的情況下，需要縮減由專用於度量衡之目標佔據之空間。以影像為基礎之散射量測已經設計以允許藉由依次使用-1階輻射與+1階輻射獲得目標之分離影像而使用較小目標。在已公佈專利申請案US20110027704A、US20110043791A及US20120044470中描述此以影像為基礎之技術之實例。
然而，繼續需要目標大小之進一步縮減，且現有技術遭受使得在縮減目標之大小的同時難以維持準確度之各種約束。已公佈專利申請案US 2009316979A1中揭示包含固體浸潤透鏡(SIL)之角解析散射計之實例。SIL與目標之極近接引起大於1的極高效NA。使用具有此SIL之相干光源允許檢測極小目標。
為了利用增加之數值孔徑，需要設定SIL與目標之間的間隙且將該間隙維持至一最佳值。舉例而言，間隙可在10奈米至50奈米之範圍內以維持SIL有效地光接觸基板。SIL被已知用於光學記錄中。舉例而言，在專利US 5953125A中描述用於光學記錄器之光學間隙量測方法及裝置。藉由偵測高數值孔徑元件中之偏振之交叉分量來控制彼實例中之間隙。接著藉由偵測器記錄交叉偏振信號，且可將該交叉偏振信號用作至間隙控制程序中之輸入參數。預期基於交叉偏振分量信號之偵測之間隙控制方法在應用於諸如光碟之媒體時為穩固方法，其中基 板均一(例如，具有感光性介質之經鋁塗佈之有凹槽基板)。然而，對於涉及可能具有未知結構或組合物之較廣泛多種目標之應用，已知技術可不能與某些樣本一起工作。
然而，當用於間隙量測之已知技術應用於半導體度量衡時，可出現一些問題。舉例而言，若同一光源係用於照明目標且用於產生氣隙控制信號，則對源功率之要求變高。若單色光源係用於產生氣隙控制信號，則可出現程序相依問題。舉例而言，存在一些目標層將展現在給定波長下之低至幾乎為零的光反射率之強可能性。使用單色光源亦歸因於成像系統中之斑點雜訊而產生問題。
Ghislain等人之申請案(Phys.Lett.，第72卷，第22號，1998年6月1日)中揭示包括SIL之顯微鏡。藉由參考經反射雷射光強度而控制此實例中之間隙。在頂端接近樣本時，來自SIL及樣本之反射干涉，且反射強度隨著等於λ/2之週期而振盪。此干涉效應係用以將樣本帶入至SIL之近場內。另外，提及SIL探針頂端之彎曲表面與樣本之間的白光干涉產生牛頓環之圖案(強度依據徑向位置而振盪)，牛頓環亦提供頂端樣本間隙之量度。
本發明之一目的為提供用於控制一SIL與一目標之間的極小間隙之替代方法。所揭示方法可應用於諸如顯微鏡及散射計之檢測裝置中。所揭示方法亦可應用於諸如光學記錄之應用中。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之方法，該方法包含如下步驟：(a)將一目標表面定位於相對於該光學元件相隔之一距離處；(b)使用該光學元件以運用包含不同波長之輻射來照明該目標表面之一部分；(c)收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射； (d)量測該所收集輻射之一電磁光譜；及(e)基於該光譜中之一或多個特徵之一波長移位而導出關於該光學配置與該目標表面之間的該距離之資訊。
本發明人已認識到，當諸如SIL之元件與目標表面之間的間隙小於輻射之相干長度時，可將一光譜移位用作該間隙自身之量度。一反射光譜中之峰值及波谷自該光譜向上及向下之移動可用作距離之量度，而非此等峰值及波谷造成監視間隙之方法不可靠。
該方法可進一步包含回應於在步驟(e)中導出之該距離資訊而調整該光學元件與該目標表面之間的該距離。可連續重複步驟(b)至(f)以實施該光學元件與該目標表面之間的該距離之伺服控制。
在用於度量衡中之一項實施例中，該光學元件為一檢測裝置之一接物鏡系統之全部或部分。
在一第二態樣中，本發明提供一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之裝置，該裝置包含：- 支撐裝置，其用於支撐彼此近接之一目標表面與一光學元件，其中在該目標表面與該光學元件之間具有一距離；- 一照明光學系統，其用於將輻射遞送通過該光學元件以照明該目標表面之一部分，該輻射包含不同波長；- 一收集光學系統，其用於自該光學元件收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射；- 一光譜儀，其用於量測該所收集輻射之一電磁光譜；及- 一處理器，其用於識別該測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且用於自該測定移位導出關於該光學元件與該目標表面之間的該距離之資訊。
在一第三態樣中，本發明提供一種檢測裝置，其包含用於光學地檢測一基板上之目標結構之一光學系統，其中該檢測裝置之該光學 系統包括如上文所闡述的根據本發明之該第二態樣之一裝置之該光學元件。
在一第四態樣中，本發明提供一種電腦程式產品，例如，包含程式碼之電腦可讀儲存媒體，該程式碼在由一光學裝置中之一處理器執行時經配置以識別一測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且自該測定移位導出關於一光學元件與一目標表面之間的該距離之資訊。
該電腦程式產品進一步包含用於實施該距離之伺服控制之指令。
本發明之此等以及其他特徵及益處將自圖式中所說明及下文中進一步所描述的實例之考慮而顯而易見。
2‧‧‧寬頻帶輻射投影儀/輻射源/光源
4‧‧‧光譜儀偵測器
10‧‧‧光譜
11‧‧‧背向投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統/照明光學件/光學組件
13‧‧‧干涉濾光器/光學組件
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統/物鏡/光學組件
16‧‧‧部分反射表面/光束分裂器/光學組件
17‧‧‧偏振器/光學組件
18‧‧‧偵測器
30‧‧‧基板目標
30'‧‧‧光柵目標
60‧‧‧透鏡元件/小型固體浸潤透鏡(SIL)/光學組件
62‧‧‧框架/組件
64‧‧‧臂/組件
66‧‧‧致動器/組件
70‧‧‧雷射源/雷射光源
72‧‧‧光纖
701‧‧‧量測照明光束
703‧‧‧寬頻帶輻射光束/寬頻帶控制光束
705‧‧‧光學組件
706‧‧‧光學組件
709‧‧‧控制光束輻射
715‧‧‧孔徑
717‧‧‧孔徑光闌
812‧‧‧光譜儀
818‧‧‧偵測器/感測器
900‧‧‧多層基板
901‧‧‧底層
902‧‧‧頂部層
905‧‧‧中間層
910‧‧‧輻射
915‧‧‧輻射
920‧‧‧輻射
950‧‧‧曲線
951‧‧‧曲線
960‧‧‧峰值
961‧‧‧峰值
S1001‧‧‧步驟
S1002‧‧‧步驟
S1003‧‧‧步驟
S1004‧‧‧步驟
S1005‧‧‧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
DE‧‧‧顯影器
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
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MET‧‧‧度量衡系統
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
PU‧‧‧處理器/單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器或機器人
S‧‧‧照明光點
S'‧‧‧光點
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧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
現在將僅借助於實例參看隨附示意性圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中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描繪第一已知散射計；圖4描繪第二已知散射計；圖5說明已知散射計中之照明光點與目標光柵之間的關係；圖6描繪包含所謂固體浸潤透鏡(SIL)之散射計；圖7為圖5之裝置之部分的放大細節；圖8示意性地說明圖6之裝置中之間隙偵測及控制配置的操作；圖9之(a)說明在入射角θ下藉由輻射λ輻照之多層基板；(b)呈現展示針對各種氣隙值而獲得的光譜中之波長移位的模擬結果；圖10為展示用於氣隙控制之實例方法的流程圖；圖11以簡化圖式之形式呈現包含相對於法線而傾斜地輻照之度量 衡目標的實例配置。
圖1示意性地描繪微影裝置。該裝置包含：- 照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)；- 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；- 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，包含一或多個晶粒)上。
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。
支撐結構支撐(亦即，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被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。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器件。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「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。
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產生之器件(諸如積體電路)中之特定功能層。
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，該等小鏡面中之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。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，使用上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可對一或多個台進行預備步驟，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。本文所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源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含(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連同光束傳遞系統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度強度分佈之調整器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)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係由該圖案化器件而圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2D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M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：
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所成像之目標部分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器件，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。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。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，或可為單獨器件。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描繪已知散射計。該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偵測器4，該光譜儀偵測器4量測鏡面反射輻射之光譜10(依據波長而變化的強度)。自此資料，可藉由處理器PU(例如)藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與如圖3之底部所展示之經模擬光譜庫之比較來重新建構引起經偵測光譜之結構或剖面。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，從而僅留下結構之幾個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中展示可供本發明之一實施例使用的另一散射計。在此器件中，由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12而準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、由部分反射表面16反射且經由顯微鏡接物鏡15 而聚焦至基板W上之光點S中，顯微鏡接物鏡15具有高數值孔徑(NA)，較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。浸潤散射計可甚至具有數值孔徑超過1之透鏡。
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。該等基板台在形式上可相似於或相同於圖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。可將粗略定位器及精細定位器提供至第二定位器PW，該第二定位器PW經組態以相對於量測光學系統準確地定位基板。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15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。倘若基板與光學系統之相對位置正確，則基板與光學系統中之哪一者在真實世界中移動或其兩者是否移動原則上並不重要。
反射輻射接著通過部分反射表面16而傳遞至偵測器18中，以便使散射光譜被偵測。偵測器可位於背向投影式光瞳平面11中，背向投影式光瞳平面11處於透鏡系統15之焦距，然而，該光瞳平面可代替地運用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至該偵測器上。光瞳平面為輻射之徑向位置定義入射角且角度位置定義輻射之方位角之平面。偵測器較佳為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜。偵測器18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。
參考光束常常用以(例如)量測入射輻射之強度。為了進行此量測，當輻射光束入射於光束分裂器16上時，輻射光束之部分朝向參考 鏡面14作為參考光束而透射通過該光束分裂器。參考光束接著投影至同一偵測器18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。
干涉濾光器13之集合可用以選擇在為(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如200奈米至300奈米)之範圍內之所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可使用光柵來代替干涉濾光器。孔徑光闌或空間光調變器(圖中未繪示)可提供於照明路徑中以控制目標上之輻射之入射角之範圍。
偵測器18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，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。
基板W上之目標30可為1-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，長條(bar)係由固體抗蝕劑線形成。目標30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，且照明對稱性及此等像差之存在將使其自身表現為經印刷光柵之變化。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器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。
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30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，在已公佈專利申請案 US2006066855A1中描述使用圖3或圖4之器具進行之不對稱性量測的概念。簡單地陳述，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，但繞射光譜中之不對稱性指示構成該目標之個別特徵中之不對稱性。在圖4之器具中(其中偵測器18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18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說明典型目標30之平面圖，及圖4之散射計中之照明光點S之範圍。為了獲得免於來自周圍結構之干涉之繞射光譜，已知方法中之目標30為大於照明光點S之直徑的光柵。光點S之直徑可超過10微米或20微米，且光柵寬度及長度可為30或40平方微米。換言之，光柵係由照明「填充不足」，且繞射信號免於目標光柵自身外部之產品特徵及其類似者干涉。照明配置2、12、13、17可經組態以提供橫越物鏡15之光瞳平面之均一強度的照明。替代地(但在照明路徑中包括孔徑的情況下)，照明可限於同軸方向或離軸方向。
在當代，使用者非常需要縮減由度量衡目標佔據之空間。詳言之，需要縮減通常已定位有度量衡目標之基板上之目標部分C之間的「切割道」之寬度。此外，需要在器件圖案自身內包括度量衡目標，以允許更準確地監視及校正諸如CD及疊對之參數之變化。為此目的，最近已設計以繞射為基礎之疊對之替代方法。在以影像為基礎之疊對度量衡中，製造目標之兩個影像，每一影像使用繞射光譜之不同選定階來製造。在比較該兩個影像的情況下，吾人可獲得不對稱性資訊。藉由選擇影像之部分，吾人可將目標信號與其環境分離。可使目標較小且目標無需為正方形，使得可在同一照明光點內包括若干目標。在序言中所提及之已公佈專利申請案US20110027704A、US20110043791A、US20120044470中描述此技術之實例。
然而，隨著繼續需要縮減目標大小，已知技術符合一些技術限制。方法需要捕捉至少±1繞射階。在考量物鏡15之數值孔徑的情況下，此情形約束光柵之間距(L)。為了改良敏感度且縮減目標大小，吾人可考慮使用較短波長λ。然而，實務上，照明波長必須在可見範圍內，此係因為在疊對目標中，底部光柵可被深埋且介入層吸收UV光(200奈米至400奈米)。光柵不能過小，否則其將不具有足夠的線以被認為是光柵(通常需要至少15個線，其考量先前約束將最小光柵大小固定為大約5微米×5微米)。因此，量測具有遠大於電路之尺寸的尺寸之光柵線上之疊對，從而使得疊對量測較不可靠。理想地，光柵線及間距應具有與產品特徵相似的尺寸，但在當前技術中不可達到此情形。
圖6展示一散射計，其中照明之較小光點S'可施加至具有較小間距之線的較小光柵目標30'。類似元件符號貫穿諸圖係指類似組件。舉例而言，在上文所引用之US 2009316979 A1中描述使用包含SIL及相干輻射之裝置進行檢測的益處。
在比較圖6之裝置與圖4之裝置的情況下，第一差異為將額外透鏡元件60提供為接近於目標30'。此額外透鏡為小型固體浸潤透鏡(SIL)，其具有為僅大約一毫米之直徑，例如，在1毫米至5毫米之範圍內(例如，約2毫米)之直徑。此額外透鏡在一項實例中包含接收處於與表面成正入射角的光射線之材料之半球，諸如折射率為n之玻璃。此等射線開始聚焦於半球之中心且形成繞射受限之光點，該繞射受限之光點相比於在不存在SIL的情況下將已存在的光點之大小小達原先的1/n。具有n=2之典型玻璃半球將把經聚焦光點之直徑縮減為原先的1/2。透鏡在液體中之浸潤已用以增加顯微法及光微影中之解析度。已在顯微法中且在微影中提議固體浸潤透鏡，作為在不具有液體浸潤不便性的情況下達成相似增益之方式。然而，為了確保較小光點 大小實際上確實增加系統之解析度，半球之底部必須接觸目標30或經定位成極接近於目標30。此情形限定固體浸潤透鏡之實務應用。
亦可使用直徑小許多倍(例如，直徑為約2微米而非約2毫米)的所謂微SIL透鏡。在圖6之裝置中之SIL 60為微SIL透鏡之實例中，其可具有小於10微米、潛在小於5微米之直徑。
無論是使用小型SIL 60抑或使用微SIL透鏡，其皆可附接至可移動支撐件使得控制與樣本之對準及近接比在具有較大直徑之透鏡的狀況下簡單得多。圖6中之SIL 60係經由臂64及致動器66而安裝至支撐物鏡15之框架62。致動器66可(例如)在操作中係壓電的或音圈致動式。致動器66可結合相對於目標整體上定位物鏡之其他致動器而操作。相對於(例如)上文所提及之粗略定位器及精細定位器，致動器66及臂64可被視為超精細定位器。熟習此項技術者應瞭解，此等不同定位器之伺服控制迴路可以無需在此處描述之方式彼此整合。組件62、64及66連同基板台及定位器(上文所提及，但圖6向前未圖示)形成用於將SIL及目標T定位成彼此近接之支撐裝置。原則上，SIL 60可剛性地安裝至框架62及/或可具有較大直徑。分離之臂及致動器允許較容易控制極小間隙，如下文所論述。
使包括SIL 60開啟了聚焦至小得多的光點S'之可能性。如所提及，SIL藉由捕捉來自目標之近場輻射而工作，且為此目的，其經定位成比來自目標結構之輻射之一個波長(λ)實質上更近，通常比一半波長(例如，大約λ/20)實質上更近。距離愈近，近場信號至器具中之耦合愈強。因此，SIL 60與目標30'之間的氣隙可小於100奈米，例如，在10奈米與50奈米之間。因為實際上增加散射計之NA，所以目標光柵之間距亦可縮減為較接近於產品尺寸，同時仍捕捉一階繞射信號。替代地，可在捕捉二階及高階的同時維持間距。在將使用微SIL之實例中，通常用於散射計中之類型之非相干輻射不能聚焦至小達微 SIL的成微米大小之光點。因此，在此實施例中，光源2可改變成相干源。因此，雷射源70經由光纖72而耦接至照明光學件12等等。對晶圓上之光點大小之限制係藉由聚焦透鏡系統之數值孔徑及雷射波長設定。作為在光學散射量測中使用空間相干光之額外益處，具有雷射光源70之器具可用以執行不同類型之散射量測。舉例而言，以下論文描述用於藉由微影形成之結構之量測的相干傅立葉散射量測(CFS)：
- Kumar等人在「Coherent Fourier Scatterometry(Tool for improved sensitivity in semiconductor metrology)」(Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XXVI，由Alexander Starikov編輯，10 Proc.of SPIE，第8324卷，83240Q，doi：10.1117/12.916357)中。
- Gawhary等人在「Performance analysis of coherent optical scatterometry」(Applied Physics B(2011)105：775至781 DOI 10.1007/s00340-011-4794-7)中。
如上文所強調，應維持SIL與度量衡目標之間的小間隙。亦如上文所強調，用於控制間隙之已知技術具有限制，特別是在必須檢測多種不同目標結構及材料時。因此，提議藉由基於寬頻帶光譜學之技術而判定並調節間隙。該技術在諸如散射計之光學度量衡裝置中具有特定適用性，但可應用於SIL之其他應用。無需獨佔地應用該技術，且該技術可結合其他技術(包括所引用文件中論述之技術)予以應用。
圖7展示在圖6之裝置中之接近於度量衡目標之部件的部分放大圖。詳言之，圖7提供用於判定及控制圖6之裝置中之間隙(亦即，在Z方向上之SIL至目標之距離)之光學路徑的示意圖。圖8示意性地展示判定及控制系統之間隙。可被稱作「氣隙」之間隙被標註為d。對氣隙之參考不意欲暗示SIL 60與目標30'之間的介質必須為空氣，或甚至其必須為氣態。氣隙僅僅為用於間隙之方便的術語。在任何特定實施 中在間隙內之介質可為真空或部分真空、折射率符合裝置之光學功能之要求的任何氣態或液體介質。
關於作為散射計之裝置或其他檢測裝置之功能，被標註為701之量測照明光束遵循包含上文參看圖6所描述的光學組件12、13、15、16、17、60(該圖式中未圖示)之照明路徑，且因此將在此章節中對其不進行論述。包含用於收集由目標30'反射之輻射的光學組件60、15之收集路徑亦在上文參看圖6被描述。由收集路徑之光學組件收集之輻射導向至連接至處理器PU之偵測器818以用於目標重新建構或其他目的。如上文所提及，此等參數之實例應用可用於判定疊對誤差。目標30'可形成於已使用圖1之微影裝置及上文參看圖2所描述的處理工具之叢集而圖案化並處理之基板W上。本發明中所揭示之技術不限於此檢測裝置。在(例如)光學記錄之另一應用中，可相似地配置照明路徑及收集路徑。
為了判定及控制間隙d，寬頻帶輻射光束703遵循將被稱作控制路徑之光學路徑。光束703可被稱作控制光束。此實例中之控制路徑係由光學組件705及706提供，該等光學組件705及706可採取鏡面或部分反射表面之形式。控制光束703係由光學組件705通過光學組件706而導向至SIL 60。在此實例中，控制光束703包含傳遞通過SIL 60以與基板表面成正入射角(亦即，θ=0°，其中θ為相對於法線之入射角)而照射於目標30'上的寬頻帶輻射之窄光束。由目標30'反射之控制光束輻射被標註為709且由光學組件706導向至偵測配置(圖7中未圖示)。孔徑715可置放於控制路徑中以縮減寬頻帶控制光束703之光譜寬度以便增加光源之相干長度。亦可(例如)藉由將光學塗層施加於光學組件706上以便選擇照射於光學組件705上之輻射之部分而變化控制光束703之光譜寬度。孔徑光闌717亦可置放於控制路徑中以選擇遞送至偵測配置之輻射709之一部分。
該圖式中未圖示用於產生控制光束703之寬頻帶光源。可使用在400奈米至900奈米之範圍內的波長之光源發射輻射。光源可為(例如)發射白光的燈或所謂白光雷射。在其他實施例中，輻射可為多色的(包含許多個別波長)，而非具有連續寬光譜。用於此處所描述之實例中的光譜分析係基於提供寬連續光譜之假定。若使用非連續光譜，則仍可在個別線之數目足夠的情況下內插及演算移位。
用於量測照明光束701及控制光束703之輻射源可為同一個輻射源。在一項此類實施例中，圖6之雷射源70可在應用無需使用高度相干光源時用用於供應用於光束701及703兩者之輻射之寬頻帶光源替換。替代地，不同光源可用以產生光束701及703。另外，SIL 60亦可藉由處於不同於零之入射角θ之控制光束703傾斜地輻照。可相應地調適用於照明目標及收集由目標以及控制路徑發射之輻射之光學配置。
圖8示意性地說明用於監視及控制氣隙d之值之配置。圖8之配置包括具有感測器818之光譜儀812。輻射709導向至光譜儀812。熟習此項技術者將知曉，光譜儀使入射波斷裂至具有不同波長分量之光譜中。光譜可(例如)由諸如繞射光柵之繞射光學元件產生。由光譜儀812產生之光譜導向至與處理器PU通信之感測器818。舉例而言，感測器818可為線性CCD陣列。可接著藉由處理器PU執行由感測器818遞送之光譜之分析而以下文待描述之方式判定間隙d。根據本發明，可自散射電磁光譜之移位推斷氣隙d之值之變化。處理器PU接著使用判定之結果以藉由啟動致動器66而將氣隙d之值控制至所要設定點。以此方式，達成極小間隙之伺服控制。光譜方法在應用於廣範圍之標靶材料、層厚度等等時比已知方法更穩固。
圖9之(a)說明圖8之配置之操作原理。多層基板900係藉由具有波長λ之輻射910在入射角θ下輻照，該角度θ係在介質905內在輻射910與至層905之法線之間形成。基板900包括具有不同光學屬性之三個層： 底層901、頂部層902及中間層905，該中間層905具有厚度d1及複合折射率n1。真實產品中之基板可具有相似於此形式的形式，或其可具有具更多層及/或諸如光柵線之局域化結構之複雜得多的形式。氣隙或液體自身可構成一層。然而，簡單說明足以解釋間隙控制配置之原理。輻射910在諸層之間的界面處經歷一系列反射及折射。輻射915表示自層905之上部表面反射之輻射910之分率。輻射920表示透射通過層905之上部表面、自層905之下部表面反射且透射通過層905之上部表面的輻射910之分率。對層905之總反射係數r之所得貢獻係藉由方程式(1)給出：
其中r915及r920分別為層902/905之間的界面之反射係數及層901/905之間的界面之反射係數。
如自方程式(1)可看出，厚度d1之改變造成依據λ而變化的總反射係數r之改變。可在層905為定位於SIL與目標之間的空氣層之狀況下比較厚度d1與圖6至圖8之裝置中之氣隙d。可比較目標與層901。層901下方之其他層亦可將其自有反射係數藉由方程式(1)之擴展而貢獻於額外界面、折射率等等。量r為此目標之有效反射係數，其為複量。感測器818通常將量測在每一給定波長下之反射輻射之強度，該強度取決於照明輻射之強度及總反射比R。如熟習此項技術者所熟知，強度及反射比為純量，其中反射比R為反射係數r之平方。
自以上論述，將看到總測定強度取決於一或多個(d/λ)關係。現在，此等關係中之每一者可引起一或多個峰值及波谷存在於遍及波長光譜之反射強度中。此外，對於此等(d/λ)關係中之每一者，若d增加 達等於之小量，則可在移位達之波長下觀測到相同總反射比R，如方程式(2)所展示：
因此，在假定氣隙d之值小於入射輻射之相干長度的情況下，經反射電磁光譜將展現與氣隙值之變化、氣隙值及入射輻射之波長成比例(且具有與氣隙值之變化、氣隙值及入射輻射之波長相同的階)的波長移位。舉例而言，具有大波長之入射輻射將移位達大的量。
關於具有高斯光譜分佈之寬頻帶光源的入射輻射之相干長度，光之相干長度(CL)係藉由如下方程式給出：
其中△λ為光源之光譜寬度、λ為由光源發射之平均波長。舉例而言，對於發射在400奈米至900奈米之範圍內的波長之輻射之光源(其中λ=650奈米，且△λ=500奈米)，相干長度CL將為大約845奈米。當存在光波自多層配置以與法線成角度θ之反射時，光在往返中行進，且因此對於自一個層反射之光波與對於自該層下方之層反射之另一波干涉，該等層之間的總間隙應小於：
因此，吾人可預期可自SIL至目標的大約400奈米及低於400奈米之距離監視氣隙d。
圖9之(b)展示在相似於圖9之(a)中所展示之設置的設置中針對不同氣隙值d之正規化反射光譜之模擬的結果。水平軸線表示以奈米為單位之波長λ，且垂直軸線表示包含定位於SIL與反射表面之間的氣隙之經模型化系統之正規化反射比R。曲線中之每一者表示在給定氣隙處收集之光的光譜。如自模擬結果可看出，當氣隙值變化時觀測到波長移位。在此模擬中，在為20奈米之氣隙值下獲得曲線950，且在為 30奈米之氣隙值下獲得曲線951，其中中間值給出中間曲線(未被標註)。圖式之下半部分展示在曲線中之峰值附近的放大細節。在此實例中，在為大約470奈米之波長下觀測到曲線950之峰值960。當氣隙值變化時，現在在為大約490奈米之波長下觀測到對應於曲線950之峰值960的曲線951之峰值961。為約20奈米之波長移位對應於為約10奈米之氣隙值之變化。此等值之兩倍之差係與如下觀測一致：間隙d之改變δd涉及用於橫穿該間隙且再次反射回之輻射之路徑長度之為2δd的改變。
光譜之形狀亦可變化。因為典型目標將為多層結構，所以若干系列峰值及波谷可存在於真實光譜中。形狀之變化主要係程序相依的，且作為間隙監視程序之副產物，處理器PU可提供關於標靶材料、層高度等等之資訊。可在輻射源之光譜之校準及光學配置之光學組件之波長相依透射之後獲得基板之絕對反射率。光學配置允許在具有廣範圍之波長之光譜的單次量測中進行偵測。所使用之波長可(例如)在低至200奈米及/或高達1000奈米之範圍內。
圖10為展示用於判定及控制光學裝置中之組件之間的間隙之實例方法的流程圖。一般而言，藉由光學組件及電子硬體組件結合提供至處理器PU之合適程式化指令來實施該方法。間隙可為(例如)高數值孔徑光學配置與反射或繞射表面(在此實例中被稱作目標表面)之間的氣隙。高數值孔徑光學配置可為(例如)包含圖7中所展示之物鏡15及SIL 60之光學配置，且反射或繞射表面可為(例如)圖7之目標30'。更一般化地，間隙可在光學系統中之任何兩個組件之間。
該方法包含以下步驟：
S1001：相對於光學配置在X-Y-Z方向上將基板上之包含(例如)度量衡目標的目標結構定位於預定義位置處。可在必要時使用其他感測器來執行繞射表面相對於高數值孔徑光學配置之「粗略」定位(具有 為大約數百奈米之準確度)，以將間隙值設定於待用於精細控制之光之預定義相干長度內。針對此步驟，可使用習知基板支撐件及定位系統。在Z方向上之「精細」定位藉由遵循下文所描述之步驟而控制間隙。
S1002：將來自寬頻帶光源之輻射通過光學配置而導向至目標表面上。
S1003：藉由光學配置收集由目標散射之輻射且將該輻射導向至光譜儀。光譜儀產生光譜，該光譜係由連接至光譜儀且連接至處理器PU之感測器記錄。在圖7及圖8之裝置中，使用具有感測器818之光譜儀812。
S1004：處理器PU分析經偵測光譜且儲存分析輸出。為了監視經偵測光譜中之波長之變化，可連續重複步驟S1002至S1004，且比較分析輸出與先前所量測之光譜之分析或比較分析輸出與給定光譜分佈。可藉由任何合適數值技術或藉由技術之組合來監視經偵測光譜中之波長之變化。下文中給出實例。可接著自光譜中之波長之變化推論氣隙值之變化。
S1005：在假定間隙待在伺服迴路中受控制的情況下，比較間隙值與設定值，且處理器PU可接著發佈相對於目標表面來重新定位光學配置之命令。在圖6至圖8之檢測裝置之實例中，使用致動器66來調整間隙。
關於步驟S1004，可以數個方式來實施間隙或間隙變化之演算。一種方式為直接實施以上在圖9之(b)之實例中所描述的分析之原理。在光譜中藉由搜尋曲線950之局域最大值(峰值)或最小值(波谷)來識別一或多個峰值及/或波谷。可接著隨著光譜移位而追蹤每一所識別之局域最大值(例如，960)或最小值之部位。可識別並追蹤若干局域極值(最大值及/或最小值)。可以統計方式組合該等局域極值之個別變化 以改良準確度。另一途徑將為計算光譜之傅立葉變換。典型光譜將使多個週期性分量中之一者在其中。光譜中之頻率移位將被表示為傅立葉變換中之相移。可應用諸如圖案辨識之其他技術。熟習此項技術者將認識到，可經由待藉由處理器PU或其呈專用微處理器之形式的等效者或其類似者執行之合適軟體程式之寫碼來實施流程圖之演算法。
可相對於藉由(例如)空氣量規系統或其他可靠量測源遞送之氣隙值來校準使用本文所論述之方法及關聯裝置獲得的氣隙值。可藉由在間隙d處於長於輻射之相干長度的值的情況下之量測來獲得用於任何給定目標表面之參考光譜。僅當間隙縮減為低於相干長度時，光譜才將開始隨著間隙d減低而移位。在待監視許多不同基板類型及程序步驟之應用中，可對每一新微影程序/層執行一次性校準。將進行此一次性校準，作為設置用於新程序或產品類型之度量衡「配方」中所涉及的正常整個感測器校準序列之一部分。
另外，因為氣隙值可為大約數十奈米且在必須對橫越一基板而間隔之若干度量衡目標進行取樣的情況下，在不同目標間移動時保持此小間隙可不便。在第一目標之取樣之後，固持基板之台可在Z方向上移動遠離該目標之表面，之後在X-Y方向上移動以便將待取樣之第二目標定位於預定義位置處，之後在Z方向上定位該目標之表面，如在圖10之方法中所界定，等等。替代地，可在連續控制間隙的同時執行X-Y移動以使光學配置「飛越」處於橫越目標表面之預定「高度」。此操作模式將(例如)在方法用於光學記錄系統中的情況下適用。
圖11以簡化圖式之形式呈現包含相對於法線而傾斜地輻照之度量衡目標的實例配置。目標30'係由輻射703經由光學組件705傾斜地輻照。由目標30'反射之輻射709導向至如圖8中所描述之偵測配置。應注意，在傾斜照明下，表面反射率隨著入射光之偏振而變化。
結論
總之，揭示用於監視並調節光學系統中之組件之間的間隙之方法及關聯裝置。舉例而言，使用寬頻帶光源會縮減程序相依假影，且將與較廣範圍之目標表面及結構可靠地一起工作。此方法亦提供關於薄膜度量衡之有用資訊。舉例而言，光譜之形狀可用以推斷標靶材料之光學常數，諸如n及k(分別為折射率之實數部分及虛數部分)。藉由縮減光源之光譜寬度△λ，可增加相干長度且可自較大距離監視氣隙。
儘管在本文中可特定地參考檢測裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之檢測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，可認為本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便產生多層IC，使得本文所使用之術語「基板」亦可指已經含有多個經處理層之基板。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。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。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如上文所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其中之此電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
在以下編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之方法，該方法包含如下步驟：(a)將一目標表面定位於相對於該光學元件相隔之一距離處；(b)使用該光學元件以運用包含不同波長之輻射來照明該目標表面之一部分；(c)收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射；(d)量測該所收集輻射之一電磁光譜；及(e)基於該光譜中之一或多個特徵之一波長移位而導出關於該光學配置與該目標表面之間的該距離之資訊。
2.如條項1之方法，其中包含不同波長之該輻射具有遍及一波長範圍之一實質上連續光譜，且該步驟(e)經執行以至少在該距離小於該輻射之一相干長度時導出關於該距離之資訊。
3.如條項1或2之方法，其中運用處於實質上正入射角之該輻射來照明該光學元件及該目標表面。
4.如條項1或2之方法，其中運用處於斜入射角之該輻射來照明該光學元件與該目標表面。
5.如前述條項中任一項之方法，其中在步驟(e)中，對該光譜之至少一部分執行一傅立葉變換，該傅立葉變換係用以判定該光譜中之特徵之一波長移位。
6.如前述條項中任一項之方法，其中步驟(e)包含識別該光譜中之一或多個局域極值且追蹤該等局域極值之波長改變。
7.如前述條項中任一項之方法，其進一步包含(f)回應於在步驟(e)中導出之該距離資訊而調整該光學元件與該目標表面之間的該距離。
8.如條項7之方法，其中連續重複步驟(b)至(f)以實施該光學元件與該目標表面之間的該距離之伺服控制。
9.如前述條項中任一項之方法，其中該光學元件為一檢測裝置之一接物鏡系統之全部或部分。
10.如條項9之方法，其中該光學元件為與該檢測裝置之一接物鏡相關聯的一固體浸潤透鏡元件。
11.如前述條項中任一項之方法，其進一步包含使用該光學元件與該目標表面之間透射之輻射來量測該目標表面之一屬性。
12.如前述條項中任一項之方法，其中該目標表面包括藉由微影程序而形成之一或多個結構。
13.一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之裝置，該裝置包含：- 支撐裝置，其用於支撐彼此近接之一目標表面與一光學元件，其中在該目標表面與該光學元件之間具有一距離；- 一照明光學系統，其用於將輻射遞送通過該光學元件以照明該目標表面之一部分，該輻射包含不同波長；- 一收集光學系統，其用於自該光學元件收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射； - 一光譜儀，其用於量測該所收集輻射之一電磁光譜；及- 一處理器，其用於識別該測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且用於自該測定移位導出關於該光學元件與該目標表面之間的該距離之資訊。
14.如條項13之裝置，其中包含不同波長之該輻射具有遍及一波長範圍之一實質上連續光譜，且該支撐裝置經配置以在該距離小於該輻射之一相干長度的情況下操作。
15.如條項13或14之裝置，其中該光學元件及該目標表面經配置以運用處於實質上正入射角之該輻射來照明。
16.如條項13或14之裝置，其中該光學元件及該目標表面經配置以運用處於斜入射角之該輻射來照明。
17.如條項13至16中任一項之裝置，其中該處理器經配置以對該光譜之至少一部分執行一傅立葉變換，且使用該傅立葉變換以判定該光譜中之特徵之一波長移位。
18.如條項13至17中任一項之裝置，其中該處理器經配置以識別該光譜中之一或多個局域極值且追蹤該等局域極值之波長改變。
19.如條項13至18中任一項之裝置，其中該處理器及該支撐裝置經配置以回應於由該處理器導出之該距離資訊而調整該光學元件與該目標表面之間的該距離。
20.如條項19之裝置，其中該處理器及該支撐裝置經配置以實施該光學元件與該目標表面之間的該距離之伺服控制。
21.一種檢測裝置，其包含用於光學地檢測一基板上之目標結構之一光學系統，其中該檢測裝置之該光學系統包括一如條項13至20中任一項之裝置之該光學元件。
22.如條項21之檢測裝置，其中該光學元件為與該檢測裝置之一接物鏡相關聯的一固體浸潤透鏡元件。
23.如條項21或22之檢測裝置，其中該處理器經進一步配置以使用該光學元件與該目標表面之間透射之輻射來演算該目標表面之一屬性之量測。
24.一種包含程式碼之電腦程式產品，該程式碼在由一光學裝置中之一處理器執行時經配置以識別一測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且自該測定移位導出關於一光學元件與一目標表面之間的該距離之資訊。
11‧‧‧背向投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統/照明光學件/光學組件
13‧‧‧干涉濾光器/光學組件
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統/物鏡/光學組件
16‧‧‧部分反射表面/光束分裂器/光學組件
17‧‧‧偏振器/光學組件
18‧‧‧偵測器
30'‧‧‧光柵目標
60‧‧‧透鏡元件/小型固體浸潤透鏡(SIL)/光學組件
62‧‧‧框架/組件
64‧‧‧臂/組件
66‧‧‧致動器/組件
70‧‧‧雷射源/雷射光源
72‧‧‧光纖
PU‧‧‧處理器/單元
S'‧‧‧光點
W‧‧‧基板

Claims (15)

  1. 一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之方法，該方法包含如下步驟：(a)將一目標表面定位於相對於該光學元件相隔之一距離處；(b)使用該光學元件以運用包含不同波長之輻射來照明該目標表面之一部分；(c)收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射；(d)量測該所收集輻射之一電磁光譜；及(e)基於該光譜中之一或多個特徵之一波長移位而導出關於該光學配置與該目標表面之間的該距離之資訊。
  2. 如請求項1之方法，其中包含不同波長之該輻射具有遍及一波長範圍之一實質上連續光譜，且該步驟(e)經執行以至少在該距離小於該輻射之一相干長度時導出關於該距離之資訊。
  3. 如請求項1或2之方法，其中在步驟(e)中，對該光譜之至少一部分執行一傅立葉變換，該傅立葉變換係用以判定該光譜中之特徵之一波長移位。
  4. 如請求項1或2之方法，其中步驟(e)包含識別該光譜中之一或多個局域極值且追蹤該等局域極值之波長改變。
  5. 如請求項1或2之方法，其進一步包含(f)回應於在步驟(e)中導出之該距離資訊而調整該光學元件與該目標表面之間的該距離。
  6. 如請求項5之方法，其中連續重複步驟(b)至(f)以實施該光學元件與該目標表面之間的該距離之伺服控制。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該光學元件為一檢測裝置之一接物鏡系統之全部或部分。
  8. 一種用於監視一光學元件與一目標表面之間的一間隙之裝置， 該裝置包含：支撐裝置，其用於支撐彼此近接之一目標表面與一光學元件，其中在該目標表面與該光學元件之間具有一距離；一照明光學系統，其用於將輻射遞送通過該光學元件以照明該目標表面之一部分，該輻射包含不同波長；一收集光學系統，其用於自該光學元件收集由該目標表面反射回至該光學元件中之輻射；一光譜儀，其用於量測該所收集輻射之一電磁光譜；及一處理器，其用於識別該測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且用於自該測定移位導出關於該光學元件與該目標表面之間的該距離之資訊。
  9. 如請求項8之裝置，其中包含不同波長之該輻射具有遍及一波長範圍之一實質上連續光譜，且該支撐裝置經配置以在該距離小於該輻射之一相干長度的情況下操作。
  10. 如請求項8或9之裝置，其中該處理器經配置以對該光譜之至少一部分執行一傅立葉變換，且使用該傅立葉變換以判定該光譜中之特徵之一波長移位。
  11. 如請求項8或9之裝置，其中該處理器經配置以識別該光譜中之一或多個局域極值且追蹤該等局域極值之波長改變。
  12. 如請求項8或9之裝置，其中該處理器及該支撐裝置經配置以回應於由該處理器導出之該距離資訊而調整該光學元件與該目標表面之間的該距離。
  13. 如請求項12之裝置，其中該處理器及該支撐裝置經配置以實施該光學元件與該目標表面之間的該距離之伺服控制。
  14. 一種檢測裝置，其包含用於光學地檢測一基板上之目標結構之一光學系統，其中該檢測裝置之該光學系統包括一如請求項8至 13中任一項之裝置之該光學元件。
  15. 一種包含程式碼之電腦程式產品，該程式碼在由一光學裝置中之一處理器執行時經配置以識別一測定光譜中之一或多個特徵之一波長移位且自該測定移位導出關於一光學元件與一目標表面之間的該距離之資訊。
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