TWI589854B - 用於改良測量精確度之方法及裝置 - Google Patents

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Description

用於改良測量精確度之方法及裝置
本發明係關於一種用於改良光學系統中之測量精確度之方法。本發明可應用於(例如)檢測裝置及微影裝置中，該檢測裝置及該等微影裝置可用於(例如)藉由微影技術來製造器件。
微影程序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)之程序。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。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。可涉及步進移動及/或掃描移動，以在橫越基板之順次目標部分處重複圖案。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。
在微影程序中，需要頻繁地對所產生結構進行測量，例如，用於程序控制及核對。用於進行此等測量之各種工具為吾人所知，包括常常用以測量臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以測量微影裝置之疊對(在不同圖案化步驟中形成之圖案之間(例如，一器件中之兩個層之間)的對準精確度)及散焦之特殊化工具。近來，已開發出供微影 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測量經散射輻射之一或多個屬性-例如，依據波長而變的在單一反射角下之強度；依據反射角而變的在一或多個波長下之強度；或依據反射角而變的偏振-以獲得可供判定目標之關注屬性的「光譜(spectrum)」。可藉由各種技術來執行關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之反覆途徑而進行的對目標結構之重新建構；庫搜尋；及主成分分析。
舉例而言，WO 20120126718中揭示用於判定結構參數之方法及裝置。US20110027704A1、US2006033921A1及US2010201963A1中亦揭示方法及散射計。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，且測量光束產生小於光柵之照明光點(亦即，光柵填充不足)。除了用以判定在一個圖案化步驟中製造之結構之參數的散射量測以外，該等方法及裝置亦可應用於執行以繞射為基礎之疊對測量。
使用繞射階之暗場影像偵測的以繞射為基礎之疊對度量衡使得能夠對較小目標進行疊對測量。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。可在一個影像中測量多個目標。可在國際專利申請案US2010328655 A1及US2011069292 A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等文件之全文係特此以引用之方式併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步開發。以上文件大體上描述經由目標之不對稱性測量而進行的疊對測量。分別在文件WO2014082938 A1及US2014/0139814A1中揭示使用不對稱性測量來測量微影裝置之劑量及焦點之方法。所有所提及申請案之內容亦係以引用之方式併入本文中。
然而，儘管在檢測裝置之內容背景中描述本發明，但本發明並不限於應用於任何特定類型之檢測裝置，或甚至大體上並不限於應用於檢測裝置。本發明原則上適用於供利用週期性測量目標之任何裝置。例示性應用包括但不限於：測量檢測裝置中之疊對；焦點控制；臨界尺寸(CD)之測量；或測量目標之形式(諸如SWA或底部傾角)。
檢測裝置及其他光學系統中之常見問題為測量精確度之問題，該測量精確度係部分地由在測量期間獲得之影像之精確度判定。影像精確度又取決於用以獲得影像之光學系統。自給定光學系統(諸如檢測裝置)獲得之影像之不精確度的主要源為光學雜訊，例如，進入該系統且在測量期間射中偵測器或攝影機之雜散輻射。
雜散輻射會縮減經偵測影像及(乃至)光學測量系統之品質及(乃至)精確度。此會縮減微影裝置之精密度，藉此負面地影響由該裝置生產之組件之精密度，尤其是在經偵測輻射強度極低之系統中。因此，需要移除或縮減光學系統(特別是微影裝置中之光學測量系統)中之雜散輻射之量。
檢測裝置中之雜散輻射的一個源為自為光學系統之部分的組件之表面反射的輻射，例如，光學組件(諸如鏡面或孔徑光闌)之表面上的微小瑕疵，以及離開諸如透鏡之光學表面的多次反射。此在諸如用於微影裝置中之複雜透鏡系統中特別成問題，該等透鏡系統含有大量透鏡。在此等系統中，經反射雜散輻射之甚至小分率仍可複合成雜散輻射及光學雜訊之顯著源。雜散輻射之另外源為自不為光學系統之部分的裝置之內部表面反射的輻射，例如，來自亦收容於檢測裝置內的用於其他目的之其他光學系統。雜散輻射之另一源為被反射離開基板之部分而非測量目標自身(例如，基板上之附近組件)的輻射。雜散輻射之又一源為系統內之外來粒子，諸如在裝置內部或在光學表面上浮動之微觀粉塵粒子。
雜散輻射可廣泛地被分類成兩種類型：
a.方向性雜散輻射，其係(例如)由自為光學系統之部分或不為光學系統之部分的各種表面反射多次的輻射造成。舉例而言，自光學系統中之玻璃表面(諸如用以塑形光束之透鏡)的雜散輻射反射可被認為方向性雜散輻射。
b.非方向性雜散輻射，其為由粗糙表面或由裝置內部之外來粒子(諸如粉塵)隨機地散射的輻射。
習知地，藉由使用合適抗反射塗層以及在光學系統之光學路徑中之適當位置處使用孔徑及光闌來縮減該系統中之雜散輻射。然而，抗反射塗層可僅縮減雜散輻射之量，而非完全地移除雜散輻射。在複雜光學系統(諸如用於微影裝置中之透鏡系統)中，被反射離開每一透鏡表面之雜散輻射的複合效應可為顯著的。此外，如上文所描述，歸因於孔徑光闌之表面中之小瑕疵，例如，歸因於其製造程序中之瑕疵或因已變得受損，孔徑光闌自身可為雜散輻射之源。
本發明人已認識到，射中光學系統中之偵測器之雜散輻射相較於在已由測量目標散射之後射中該同一偵測器的來自測量光束之經散射輻射已行進不同光學路徑且因此行進不同光學路徑長度。
詳言之，本發明人已認識到，藉由在測量光束與參考光束之間產生干涉圖案，與測量光束及/或參考光束不相干之輻射將不干涉此等光束中之任一者，且因此將僅增加干涉圖之DC分量。藉由自干涉圖移除DC分量，可有效地濾出雜散輻射而不影響測量光束之品質。
根據本發明之一第一實施例，因此提供一種檢測一基板之方法，其包含：將由一輻射源發射之一輻射源光束分裂成一測量光束及一參考光束；運用該測量光束來照明一基板上之一目標區域；自該目標區域收集經散射輻射之至少一部分且將該經收集之經散射輻射遞送 至一偵測器；將該參考光束遞送至該偵測器，以便干涉該經收集之經散射輻射且在該偵測器處形成一干涉圖案；修改該干涉圖案；及基於該干涉圖案來判定該目標之一參數。
根據本發明之一另外實施例，提供一種測量一微影程序之一參數之方法，其包含：將由一輻射源發射之一輻射源光束分裂成一測量光束及一參考光束；運用該測量光束來照明一基板上之一目標區域；自該目標區域收集經散射輻射之至少一部分且將該經收集之經散射輻射遞送至一偵測器；將該參考光束遞送至該偵測器，以便干涉該經收集之經散射輻射且在該偵測器處形成一干涉圖案；修改該干涉圖案；及基於該干涉圖案來判定該目標之該參數。
根據本發明之又一實施例，提供一種過濾雜散輻射之方法，該方法包含：在一偵測器處接收入射輻射，該入射輻射包含來自待測量之一目標之經散射輻射；致使該入射輻射之部分干涉一參考光束以產生一干涉圖案；及過濾該入射輻射以移除不干涉該參考光束的該入射輻射之該部分。
根據本發明之一另外實施例，亦提供一種裝置，其包含用於進行前述方法中之任一者的構件。
根據本發明之一另外實施例，另外提供一種電腦程式產品，其含有用於致使一可程式化資料處理器執行前述方法中之任一者的機器可讀指令之一或多個序列。
應注意，如上文所描述及在下文中的本發明之實施例適用於供執行光學測量之任何裝置中。詳言之，該等實施例適用於形成微影程序之部分的任何方法或裝置，其中使用對週期性目標(諸如繞射光柵)所執行之光學測量。例示性應用包括但不限於：測量檢測裝置中之疊對；焦點控制；臨界尺寸(CD)之測量；或測量目標之形式(諸如側壁角度(SWA)或底部傾角)。在例示性應用中，所判定之參數包括不限於 疊對、CD、焦點、SWA或底部傾角。
對於熟習此項技術者而言，自以下實例之詳細描述的考慮，本發明之此等及其他特徵及優勢將顯而易見。
10‧‧‧光學系統
12‧‧‧輻射源
14‧‧‧源光束
16‧‧‧孔徑
18‧‧‧孔徑光闌或相似組件
20‧‧‧光軸
22‧‧‧光學元件
24‧‧‧光學元件
26‧‧‧光學元件
28‧‧‧光束分裂器
30a‧‧‧測量光束
30b‧‧‧參考光束
32‧‧‧透鏡元件
34‧‧‧目標
35‧‧‧剩餘繞射階
36‧‧‧目標基板
38‧‧‧經散射輻射
40‧‧‧偵測器
42‧‧‧反射元件
44‧‧‧延遲線
301‧‧‧干涉圖案
302‧‧‧經傅立葉變換圖案
303‧‧‧中心點
304‧‧‧右邊點/右邊旁頻帶
305‧‧‧左邊點/左邊旁頻帶
306‧‧‧關注區
307‧‧‧經修改之經傅立葉變換圖案
308‧‧‧經過濾干涉圖案
501‧‧‧步驟
502‧‧‧步驟
503‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
505‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
507‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
509‧‧‧步驟
601‧‧‧子步驟
602‧‧‧子步驟
602a‧‧‧子步驟
602b‧‧‧子步驟
603‧‧‧子步驟
701‧‧‧干涉圖案
702‧‧‧傅立葉變換
703‧‧‧經傅立葉變換圖案
704‧‧‧中心部分
705‧‧‧右邊旁頻帶
706‧‧‧左邊旁頻帶
707‧‧‧關注區(ROI)
708‧‧‧目標之原始影像
709‧‧‧執行
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
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
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
PU‧‧‧處理單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧機器人
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
現在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描繪根據本發明之一實施例的微影裝置；圖2描繪併有圖1之裝置的微影製造單元(cell)或叢集(cluster)；圖3示意性地說明根據本發明之測量原理；圖4示意性地描繪用於進行本發明之裝置；圖5為根據本發明之一個實施例的用於測量輻射之方法的圖解；圖6說明過濾根據圖5之方法所接收之輻射的步驟；且圖7示意性地展示圖6之方法步驟。
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的實例環境。
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精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精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)PL，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，其可視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。本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「圖案化器件」同義。
本文中所使用之術語「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。
本文中所使用之術語「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的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。本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「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，使用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
微影裝置亦可屬於如下類型：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。如本文中所使用之術語「浸潤」並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，當源為準分子雷射時，源與微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，源不被認為形成微影裝置之部分，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而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部分。源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。 通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係由該圖案化器件圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PL，投影系統PL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編碼器或電容式感測器)，可精確地移動基板台WT，例如，以便將不同目標部分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之路徑來精確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器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。相似地，可使用形成第二定位器PW之部分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，曝光場之最大的大小限制單次靜態曝光中成像之目標部分C之大小。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PL之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大的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視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(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或叢集)之部分，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。習知地，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。
為了正確地且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以測量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收納已在該微影製造單元中處理之基板W中之一些或全部。將度量衡結果直接地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完成而使得同一批次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，檢測裝置用以判定基板之屬性，且尤其是判定不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在不同層間變化。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。為了使得能夠進行最快速之測量，需要使檢測裝置緊接地在曝光之後測量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性來進行潛影之有用測量。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取測量，曝光後烘烤步驟(PEB)通常為對經曝光基板執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)。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行測量-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對經顯影抗蝕劑影像進 行測量。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。
現在將參考圖3來描述本發明之原理。如上文所解釋，本發明人已認識到，雜散輻射相較於測量光束沿著不同光學路徑而行進。在下文中，術語測量光束可用以係指：入射測量光束，其自輻射源傳播至測量目標；以及經散射輻射，其包含由測量目標反射或散射且在偵測器處接收的入射測量光束之部分。
輻射源發射源光束，該源光束可被分裂成測量光束及參考光束。入射測量光束沿著具有已知光學路徑長度之經很好界定之光學路徑自輻射源傳播至測量目標。相似地，經散射輻射沿著具有已知光學路徑長度之經很好界定之光學路徑自測量目標傳播至偵測器。然而，雜散輻射通常將不沿著具有與測量光束之光學路徑相似(更不用說相同)之光學路徑長度的光學路徑自輻射源行進至偵測器。因此，經散射輻射通常將與測量光束不相干，如現在將解釋。
藉由將參考光束之光學路徑長度與測量光束之光學路徑長度匹配，以此項技術中所知之方式在偵測器處產生干涉圖案。圖3展示例示性干涉圖案(301)。當然，將瞭解，該圖案僅出於實例之目的而由簡單正弦變化組成，且干涉圖案實際上將比此情形更複雜。通常可藉由以下方程式來描述用於具有中心波長λ0之輻射之干涉圖案：
A為影像之複振幅之二維表示，且Ar為參考光束之複振幅分佈。△L為信號光束與參考光束之間的光學路徑長度差，α為參考光束之傳播方向，且r為攝影機像素之位置向量。
對於發射具有特定光譜寬度△λ之輻射的輻射源，可藉由以下方程式來描述所得干涉圖案之強度分佈：
自方程式(2)及(3)斷定，干涉圖案(301)之調變在光學路徑長度差為零(亦即，△L=0)時係最大的。進一步斷定，干涉圖案僅在光學路徑長度差為△L</△λ時係可見的。換言之，若干涉條紋係可見的，則信號光束與參考光束之光學路徑長度差小於/△λ。此可被稱作輻射之「相干長度(coherence length)」。因此，若射中偵測器之雜散輻射已行進與測量光束相差大於此光學路徑長度差之光學路徑長度，亦即，若雜散輻射與測量光束不相干，則其將不干涉測量光束，但將僅增加干涉圖之DC分量。此效應在此項技術中被稱為「相干閘控(coherence gating)」。由於有可能使雜散輻射可與測量光束相干，故因此通常有利的是使相干長度儘可能地短。此可(例如)藉由增加輻射源之光譜寬度而完成。
作為一實例，具有600奈米之中心波長λ0及△λ=30奈米之光譜寬度的輻射源具有12微米之相干長度。例示性光源包括但不限於超發光二極體，或運用具有適當通頻帶寬度之帶通濾光器而濾光之白光。
由於雜散輻射不干涉測量光束，且僅促成干涉圖案之DC分量，故可藉由適當濾光技術來移除雜散輻射。
一種此類技術涉及進行干涉圖之傅立葉變換(Fourier Transformation)。圖3展示對應於干涉圖案(301)之經傅立葉變換圖案(302)。以此項技術中所知之方式，正弦圖案傅立葉變換成中心點(303)以及右邊點(304)及左邊點(305)(其有時被被稱作「旁頻帶」)。中心點表示干涉圖案(301)之DC分量，亦即，該圖案之背景位準。右邊點及左邊點分別表示干涉圖案之頻率分量及其共軛。
為了濾出DC分量，在右邊旁頻帶(304)周圍選擇關注區(306)。應 注意，將同樣地有可能選擇左邊旁頻帶(305)，或實際上選擇兩個旁頻帶。在選擇關注區後，就調零或以其他方式移除在此區外部之一切以產生經修改之經傅立葉變換圖案(307)。接著對經修改圖案執行逆傅立葉變換，此引起經過濾干涉圖案(308)。可看出，在移除DC分量之後，條紋之強度低於原始干涉圖案(301)。
圖4示意性地描繪根據本發明之一實施例的光學系統(10)。輻射源(12)發射具有預定義發射光譜之源光束(14)。在一個實施例中，輻射源發射可見輻射且具有20奈米至40奈米之光譜寬度，但熟習此項技術者將瞭解，可同樣很好地使用具有其他光譜寬度之輻射源。其他可能輻射源之實例包括(但不限於)白光源(諸如氙氣燈)、雷射產生電漿光源、寬頻帶雷射或單波長雷射。
源光束(14)傳遞通過孔徑光闌或相似組件(18)之孔徑(16)。孔徑自孔徑光闌之光軸(20)偏移，藉此產生「離軸」干涉計。輻射視情況傳遞通過一或多個另外光學元件(22、24、26)，諸如透鏡、光學濾光器、空間光調變器、SLM或孔徑。此等光學元件可有助於以所要方式塑形或過濾源光束(14)。
源光束射中光束分裂器(28)之部分反射表面。此將源光束分裂成：測量光束(30a)，其由部分反射表面所反射的源光束(14)之部分組成；及參考光束(30b)，其由部分反射表面所透射的源光束(14)之部分組成。測量光束接著傳遞通過透鏡元件(32)且射中目標基板(36)上之目標(34)。目標散射測量光束之至少一部分。經散射輻射(38)之屬性取決於目標(34)。在本實施例中，目標由繞射光柵組成，該繞射光柵以已知方式將經散射輻射形成為繞射階。當然，將瞭解，可同樣很好地使用各自具有特定反射或散射屬性的其他形式之目標。亦將瞭解，待用於給定基板上之目標的選擇取決於特定類型之測量或應用。因此，舉例而言，若測量基板之疊對誤差，則可使用具有輻射散射屬性 之特定集合的一個特定目標，同時可使用具有不同輻射散射屬性之不同目標以用於測量CD或SWA。
在本實施例中，一階經繞射輻射傳遞通過透鏡元件(32)、通過光束分裂器(28)且射中偵測器(40)。經散射輻射之剩餘繞射階(35)不用於例示性測量中，且以便利方式自光學路徑被移除。
參考光束(30b)係由反射元件(42)完全地反射。反射元件可(例如)為回反射器(retroreflector)。反射元件安裝於所謂「延遲線(delay line)」(44)上，延遲線(44)允許移動反射元件以便增加或減小參考光束(30b)之光學路徑長度，以便將參考光束調諧至測量且增加偵測器處之干涉圖案之對比度。可藉由旋轉反射元件來調整干涉圖案之條紋之頻率及定向。調整條紋之頻率係重要的，此係因為可被偵測之條紋頻率受到偵測器之屬性(例如，攝影機之像素間距，在此狀況下，條紋頻率不應高於攝影機之像素間距之一半)限制。
經反射參考光束接著由光束分裂器(28)反射，且射中偵測器(40)。
若經散射輻射與經反射參考光束相干，亦即，若光學路徑長度差小於△L</△λ，則經散射輻射將在偵測器之表面上干涉參考光束，藉此在偵測器上產生干涉圖案。干涉圖案係由偵測器偵測，且被發送至處理單元(PU)以供處理及過濾。
現在將參考圖5來描述根據本發明之一實施例的方法。此圖中之參考數字係指以下步驟，在下文中將更詳細地解釋該等步驟中之每一者：501：產生源光束；502：分裂源光束；503：照明目標區域；504：收集經散射輻射； 505：將經散射輻射遞送至偵測器；506：校準參考光束；507：將參考光束遞送至偵測器；508：修改干涉圖案；及509：判定參數。
應注意，儘管以特定次序在圖5中描繪且在下文論述以上步驟，但可以不同次序執行或可同時地執行此等步驟中之一些。
在選用之第一步驟中，輻射源產生(501)輻射源光束。源光束可由在本發明之裝置內部的輻射源產生，或其可在該裝置外部被產生。
由光束分裂器將源光束分裂(502)成測量光束及參考光束，如上文參考圖4所描述。
測量光束照明(503)目標基板上之測量目標。目標根據其特定屬性來反射或散射測量光束。測量目標之屬性在此項技術中為吾人所熟知，且允許選擇測量目標以達成所要效應。以合適方式收集(504)經散射輻射且藉助於合適光學系統將其遞送(505)至偵測器。
使用校準系統(諸如延遲線上之反射元件)以校準(506)參考光束。在本實施例中，藉由調整輻射源與偵測器之間的光學路徑長度來校準參考光束。執行校準以便最大化偵測器處之干涉圖案之對比度。
接著將參考光束遞送(507)至偵測器，其中參考光束干涉測量光束，如上文所描述。
可由合適處理單元(諸如電腦)修改(508)在由偵測器偵測之後的經偵測干涉圖案。接著可基於經過濾干涉圖案來判定(509)目標之參數。由於已移除雜散輻射之影響，故會縮減或消除干涉圖案中之光學雜訊之量。此又改良基於經修改干涉圖案而進行之測量的精確度。
圖6展示根據本發明之一個實施例的圖5之修改步驟(508)之細節。在此實施例中，修改經偵測干涉圖案由以下子步驟組成： 601：對干涉圖案執行傅立葉變換；602：將濾光器應用於經傅立葉變換干涉圖案；602a：識別關注區；602b：移除在關注區外部之圖案；及603：對剩餘經傅立葉變換圖案執行逆傅立葉變換以獲得經修改圖案。
在已由偵測器拾取干涉圖案之後，處理單元對經偵測干涉圖案執行(601)傅立葉變換以產生經傅立葉變換干涉圖案。在本實施例中，由處理單元使用快速傅立葉變換演算法(其為用於實施離散傅立葉變換之特定方法)，但存在且在必要或有利時可使用其他傅立葉變換演算法。
接著將濾光器應用(602)於經傅立葉變換干涉圖案。濾光程序由識別(602a)關注區(ROI)之第一步驟組成。在本實施例中，如上文所描述，ROI為旁頻帶中之一者，尤其是右邊旁頻帶。如此項技術中所知，全息圖或干涉圖之傅立葉變換之一個旁頻帶表示完整影像波之傅立葉光譜，且另一旁頻帶表示其共軛。
在識別ROI之後，進行濾光程序之第二步驟。在本實施例中，濾光程序之第二步驟由移除(602b)位於ROI外部的經傅立葉變換干涉圖案之部分組成。可使用其他類型之濾光器。舉例而言，若意欲僅移除經傅立葉變換干涉圖案之中心部分，則可使用高通濾光器。
接著對ROI中之圖案執行(603)逆傅立葉變換以獲得原始影像波，亦即，由測量光束照明之目標之影像。
圖7展示在影像偵測器處接收之干涉圖案(701)之示意性描繪。如先前所描述，干涉圖案係由參考光束干涉自測量目標反射之經散射輻射造成。接著，如上文所描述而對干涉圖案進行傅立葉變換(702)，從而引起經傅立葉變換圖案(703)，經傅立葉變換圖案(703)具有中心 部分(704)以及右邊旁頻帶及左邊旁頻帶(705、706)。中心部分含有經接收輻射之DC分量。此包括來自已被接收但尚未干涉參考光束或經散射輻射之任何輻射(諸如入射於偵測器上之雜散輻射)之貢獻。兩個旁頻帶皆表示完整影像波之傅立葉光譜。左邊旁頻帶(706)為右邊旁頻帶(705)之共軛。可藉由調整如參考圖4所描述的反射元件之位置及定向而在測量程序期間調整旁頻帶與中心部分之相對位置。因此，藉由調整干涉圖案之干涉條紋之頻率，可調整旁頻帶相對於中心部分之位置，例如，以確保其與中心部分分離，藉此在後續步驟期間促進旁頻帶之識別及選擇。
接著選擇ROI(707)。ROI係以右邊旁頻帶(705)為中心，但如所解釋，可同樣很好地選擇左邊旁頻帶(706)。藉由移除經傅立葉變換圖案之中心部分(704)來實現雜散輻射之消除。可手動地選擇ROI，或可藉由在處理單元中實施之演算法而自動地選擇ROI。舉例而言，圖案辨識演算法可用以偵測旁頻帶。替代地，頻擾-Z變換(Chirp-Z transform)可用以提取ROI。
在選擇ROI之後，執行(709)逆傅立葉變換。由於旁頻帶表示完整影像波之傅立葉光譜，故執行逆傅立葉變換將會得到目標之原始影像(708)。基於目標之所獲得影像，接著有可能評估參數，諸如(但不限於)疊對誤差、CD、焦點、SWA或底部傾角。
結論
本文中所揭示之方法及關聯裝置實現以下益處中之至少一或多者。
可完全地過濾雜散輻射及寄生反射(spurious reflection)，此係由於僅滿足相干要求之輻射干涉信號光束，且因此干涉測量結果。任何其他輻射僅僅增加所得干涉圖之DC分量。
可將含有用於參考光束之光學元件的參考臂添加至現有裝置。 因此，可使現有微影裝置之光學件保持完好，藉此使得此等光學件能夠被升級而非必須被更換。
該系統在參考臂可關斷時係回溯相容的。
可藉由使用較強參考光束來以干涉量測方式提昇來自弱光柵之信號。
干涉量測信號亦係焦點敏感的且可用於聚焦。
儘管可在本發明中特定地參考相干閘控在諸如散射計之檢測裝置中之使用，但應理解，所揭示配置可應用於其他類型之功能裝置中，如上文已經提及。
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，本文中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。熟習此項技術者將瞭解，在此等替代應用之內容背景中，本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用皆可被認為分別與更一般之術語「基板」或「目標部分」同義。
本文中所使用之術語「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。
在以下經編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種檢測一基板之方法，該方法包含：將由一輻射源發射之一輻射源光束分裂成一測量光束及一參考光束； 運用該測量光束來照明一基板上之一目標區域；自該目標區域收集經散射輻射之至少一部分且將該經收集之經散射輻射遞送至一偵測器；將該參考光束遞送至該偵測器，以便干涉該經收集之經散射輻射且在該偵測器處形成一干涉圖案；修改該干涉圖案；及基於該干涉圖案來判定該目標之一參數。
2.如條項1之方法，其中該修改包括移除該干涉圖案之一DC分量。
3.如條項1或2之方法，其中該修改包含執行該干涉圖案之一傅立葉變換。
4.如條項3之方法，其中該修改進一步包含將一濾光器應用於該經傅立葉變換干涉圖案之至少部分。
5.如條項4之方法，其中應用一濾光器包含在該經傅立葉變換干涉圖案中識別一關注區。
6.如條項5之方法，其進一步包含對在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之一部分執行一操作。
7.如條項6之方法，其中該操作包含調零在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之該部分。
8.如條項3至7中任一項之方法，其中修改該干涉圖案進一步包含對該經濾光之經傅立葉變換干涉圖案執行一逆傅立葉變換。
9.如任一前述條項之方法，其中遞送該參考光束包含調整該經散射輻射與該參考光束之間的一光學路徑差，其中該經散射輻射與該參考光束在該偵測器處干涉。
10.如條項9之方法，其包含將該光學路徑差調整為小於一臨限值。
11.如條項10之方法，其中該臨限值係基於該源光束之中心波長及該源光束之光譜頻寬中的至少一者。
12.如條項11之方法，其中該臨限值為該源光束之相干長度。
13.一種測量一微影程序之一參數之方法，該方法包含：將由一輻射源發射之一輻射源光束分裂成一測量光束及一參考光束；運用該測量光束來照明一基板上之一目標區域；自該目標區域收集經散射輻射之至少一部分且將該經收集之經散射輻射遞送至一偵測器；將該參考光束遞送至該偵測器，以便干涉該經收集之經散射輻射且在該偵測器處形成一干涉圖案；修改該干涉圖案；及基於該干涉圖案來判定一參數。
14.如條項13之方法，其中該修改包括移除該干涉圖案之一DC分量。
15.如條項13或14之方法，其中該修改包含執行該干涉圖案之一傅立葉變換。
16.如條項15之方法，其中該修改進一步包含將一濾光器應用於該經傅立葉變換干涉圖案之至少部分。
17.如條項16之方法，其中應用一濾光器包含在該經傅立葉變換干涉圖案中識別一關注區。
18.如條項17之方法，其進一步包含對在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之一部分執行一操作。
19.如條項18之方法，其中該操作包含調零在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之該部分。
20.如條項15至19中任一項之方法，其中修改該干涉圖案進一 步包含對該經過濾之經傅立葉變換干涉圖案執行一逆傅立葉變換。
21.如條項13至20中任一項之方法，其中遞送該參考光束包含調整該經散射輻射與該參考光束之間的一光學路徑差，其中該經散射輻射與該參考光束在該偵測器處干涉。
22.如條項21之方法，其包含將該光學路徑差調整為小於一臨限值。
23.如條項22之方法，其中該臨限值係基於該源光束之中心波長及該源光束之光譜頻寬中的至少一者。
24.如條項23之方法，其中該臨限值為該源光束之相干長度。
25.一種過濾雜散輻射之方法，該方法包含：在一偵測器處接收入射輻射，該入射輻射包含來自待測量之一目標之經散射輻射；致使該入射輻射之部分干涉一參考光束以產生一干涉圖案；及過濾該入射輻射以移除不干涉該參考光束的該入射輻射之該部分。
26.如條項25之方法，其中該過濾包含移除該入射輻射之一第一部分，其中該第一部分在該第一部分與該經散射輻射之光學路徑長度之間具有大於臨限值之一光學路徑差。
27.如條項25或26之方法，其中該過濾包括移除該干涉圖案之一DC分量。
28.如條項25至27中任一項之方法，其中該過濾包含執行該干涉圖案之一傅立葉變換。
29.如條項28之方法，其中該過濾進一步包含將一濾光器應用於該經傅立葉變換干涉圖案之至少部分。
30.如條項29之方法，其中應用一濾光器包含在該經傅立葉變換干涉圖案中識別一關注區。
31.如條項30之方法，其進一步包含對在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之一部分執行一操作。
32.如條項31之方法，其中該操作包含調零在該關注區外部的該經傅立葉變換干涉圖案之該部分。
33.如條項28至32中任一項之方法，其中該過濾進一步包含對該經過濾之經傅立葉變換干涉圖案執行一逆傅立葉變換。
34.如條項25至33中任一項之方法，其中致使該入射輻射之部分干涉該參考光束包含：將該經散射輻射與該參考光束之間的光學路徑長度差調整為小於一臨限值。
35.如條項34之方法，其中該臨限值係基於該源光束之中心波長及該源光束之光譜頻寬中的至少一者。
36.如條項35之方法，其中該臨限值為該經散射輻射之相干長度。
37.如任一前述條項之方法，其中參數為疊對誤差、臨界尺寸、焦點、側壁角度或底部傾角中之一者。
38.一種裝置，其包含用於進行如條項1至37中任一項之方法的構件。
39.一種電腦程式產品，其含有用於致使一可程式化資料處理器執行如條項1至37中任一項之方法的機器可讀指令之一或多個序列。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。此外，裝置之部分可以如下形式予以實施：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而言將顯而易見，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。
10‧‧‧光學系統
12‧‧‧輻射源
14‧‧‧源光束
16‧‧‧孔徑
18‧‧‧孔徑光闌或相似組件
20‧‧‧光軸
22‧‧‧光學元件
24‧‧‧光學元件
26‧‧‧光學元件
28‧‧‧光束分裂器
30a‧‧‧測量光束
30b‧‧‧參考光束
32‧‧‧透鏡元件
34‧‧‧目標
35‧‧‧剩餘繞射階
36‧‧‧目標基板
38‧‧‧經散射輻射
40‧‧‧偵測器
42‧‧‧反射元件
44‧‧‧延遲線
PU‧‧‧處理單元

Claims (8)

  1. 一種檢測一基板或測量一微影程序之一參數之方法，該方法包含：將由一輻射源發射之一輻射源光束分裂成一測量光束及一參考光束；運用該測量光束來照明一基板上之一目標區域；自該目標區域收集經散射輻射之至少一部分且將該經收集之經散射輻射遞送(deliver)至一偵測器；將該參考光束遞送至該偵測器，以干涉該經收集之經散射輻射且在該偵測器處形成一干涉圖案；修改(modifying)該干涉圖案，其中該修改包含執行該干涉圖案之一二維(2D)傅立葉變換及移除該干涉圖案之一DC分量；及基於經修改之該干涉圖案來判定該目標之一參數。
  2. 如請求項1之方法，其中遞送該參考光束包含：調整該經散射輻射與該參考光束之間的一光學路徑差，其中該經散射輻射與該參考光束在該偵測器處干涉。
  3. 一種過濾雜散輻射之方法，該方法包含：在一偵測器處接收入射輻射，該入射輻射包含來自待測量之一目標之經散射輻射；致使該入射輻射之部分干涉一參考光束以產生一干涉圖案；及過濾該入射輻射以移除該入射輻射之不與該參考光束干涉的部分，其中該過濾包含執行該干涉圖案之一2D傅立葉變換及移除該干涉圖案之一DC分量。
  4. 如請求項3之方法，其中該過濾包含：移除該入射輻射之一第一部分，其中該第一部分在該第一部分與該經散射輻射之光學路 徑長度之間具有大於臨限值之一光學路徑差。
  5. 如請求項3或4之方法，其中致使該入射輻射之部分干涉該參考光束包含：將該經散射輻射與該參考光束之間的光學路徑長度差調整為小於一臨限值。
  6. 如請求項3或4之方法，其中參數為疊對誤差(overlay error)、臨界尺寸(critical dimension)、焦點(focus)、側壁角度(side wall angle)或底部傾角(bottom tilt)中之一者。
  7. 一種微影裝置，其包含用於進行如請求項1至6中任一項之方法的構件。
  8. 一種電腦程式產品，其含有用於致使一可程式化資料處理器執行如請求項1至6中任一項之方法的機器可讀指令之一或多個序列。
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