TWI615685B - 用於測量一目標結構之性質之檢測裝置、操作一光學系統之方法、製造器件之方法 - Google Patents

用於測量一目標結構之性質之檢測裝置、操作一光學系統之方法、製造器件之方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種檢測裝置(例如，一散射計)，其包含：一基板支撐件，其用於支撐一基板；及一光學系統。一照明系統藉由輻射照明一目標(T)。一定位系統(518)移動該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者以便相對於該光學系統定位一個別目標(T)，使得成像光學件可使用繞射輻射之一部分以在一影像感測器(23)上形成目標結構之一影像。藉由前饋式控制來控制(902)一液體透鏡(722)以使該影像克服振動及/或該光學系統與該目標結構之間的掃描移動而維持靜止。在一第二態樣中，在不同波長下進行測量期間，液體透鏡(1324，1363)經控制用以校正色像差。此校正可使將照明聚焦於目標(T)上及/或將一影像聚焦於一影像感測器(23)上有所改良。

Description

用於測量一目標結構之性質之檢測裝置、操作一光學系統之方法、製造器件之方法
本發明係關於一種用於測量基板上之目標結構之性質的檢測裝置，且係關於操作諸如檢測裝置之光學系統的方法。
微影裝置為將所要圖案應用至基板上(通常應用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)之製造中。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。一般而言，單一基板將含有連續地經圖案化之鄰近目標部分的網路。
在微影製程中，需要頻繁地對所產生結構進行測量(例如)以用於製程控制及驗證。用於進行此類測量之各種工具為熟知，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之各種形式之散射計。此等器件將輻射光束引導至目標上且測量散射 輻射之一或多個性質--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光--以獲得可供判定目標之所關注性質的繞射「光譜(spectrum)」。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述之類型之角解析散射計。由此類散射計使用之目標相對較大(例如，40μm×40μm)光柵，且測量光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。除了藉由重建構進行特徵形狀之測量以外，亦可使用此裝置來測量基於繞射之疊對，如已公開之專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像的基於繞射之疊對度量衡實現對較小目標之疊對測量。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特此以引用之方式併入。已公開之專利公開案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。可使用複合光柵目標在一個影像中測量多個光柵。所有此等申請案之內容亦以引用之方式併入本文中。
為了在跨越基板之不同部位處測量目標，已知散射計包括用於將基板及測量光學系統相對於彼此移動之定位系統。可藉由移動基板同時光學系統保持靜止、藉由移動光學系統同時基板保持靜止或藉由移動基板及光學系統兩者而達成相對移動。在已知實例中，在一維(例如，X方向)上移動基板，而光學系統在另一方向(例如，Y)上移動。在此等系統中之任一者中，移動部分有必要在可進行準確測量之前停止。將此移動中所涉及之穩定時間添加至總測量時間，且減少可以給 定時間間隔進行之測量的數目。
已知散射計包括用於形成待在進行測量時使用之輻射之光點的照明系統。檢測裝置包括包含一或多個輻射源之照明系統及用於藉由所要照明參數遞送照明之照明光學系統(照明光學件)。實務上，將需要照明系統在測量之間可在不同波長之照明之間切換。在下文中，為方便起見，術語「光」將用以指照明輻射，而不隱含對可見波長之任何限制。不同波長之光在光學系統中經歷不同折射率。儘管可採取措施來減少此所謂的「色像差」，但測量可能在不同波長下不合需要地不同。
在一些態樣中，本發明旨在在包括成像光學系統之檢測裝置(諸如，散射計)中提供經改良測量效能及/或測量之經改良處理量。
在一第一態樣中，本發明提供一種檢測裝置，其用於測量一基板上之一目標結構的性質，該裝置包含：一基板支撐件，其用於支撐該基板；一光學系統，其用於藉由輻射照明該目標結構及自該目標結構收集繞射輻射，該光學系統包含成像光學件及一影像感測器；及一定位系統，其用於致使該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者移動以便相對於該光學系統定位一個別目標結構，使得該等成像光學件可使用該繞射輻射之一部分以在一影像獲取間隔期間在該影像感測器上形成該目標結構之一影像，其中該成像光學件包括一液體透鏡及一控制器，該控制器可操作以控制該液體透鏡以使該影像在該影像獲取間隔期間維持靜止，同時允許該光學系統與該目標結構之間的相對移動。
可以各種方式提供液體透鏡。液體透鏡可用於允許影像獲取開始而無需等待裝置在移動之後穩定。可改良處理量。
液體透鏡亦可用於補償掃描移動，使得光學系統及/或基板之移動根本無需停止。藉由在掃描移動期間獲取影像，可使光學系統中之位置相關像差達到平均，且可改良測量之準確度。可改良處理量。
在一第二態樣中，本發明提供一種檢測裝置，其用於測量一基板上之一目標結構的性質，該裝置包含：一光學系統，其用於藉由輻射照明一目標結構及自該目標結構收集繞射輻射，該光學系統包括照明光學件、成像光學件及一影像感測器，該等成像光學件使用該繞射輻射之一部分以在該影像感測器上形成該目標結構之一影像；其中該光學系統經配置以照明該目標結構且形成一影像，同時選擇該輻射之一波長範圍，且其中成像子系統包含一液體透鏡及一控制器，該控制器可操作以根據該所選波長範圍控制該液體透鏡以補償該光學系統之色像差。
進一步揭示使用一或多個液體透鏡操作諸如檢測裝置之光學系統的方法。
進一步揭示一種使用由如上文所闡述之一檢測裝置或方法進行之測量製造器件的方法。
本發明又進一步提供一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器根據本發明之上文所闡述之各種態樣實施方法。該等指令可儲存於一非暫時性儲存媒體中。
下文參看隨附圖式詳細地描述本發明之其他特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此類實施例。基於本文中所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將為顯而易見的。
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
12a‧‧‧準直使用透鏡系統
12b‧‧‧彩色濾光片
12c‧‧‧偏光器
13‧‧‧孔隙器件
13'‧‧‧場光闌
13N‧‧‧孔隙
13S‧‧‧孔隙
15‧‧‧部分反射表面
16‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡
19‧‧‧偵測器
21‧‧‧孔徑光闌
21a‧‧‧孔徑光闌
21b‧‧‧稜鏡
22‧‧‧成像光學系統/透鏡
23‧‧‧影像感測器/暗場成像感測器
24‧‧‧透鏡
31‧‧‧測量光點
32‧‧‧光柵
33‧‧‧光柵
34‧‧‧光柵
35‧‧‧光柵
40‧‧‧交叉影線矩形
41‧‧‧圓形區域
42‧‧‧矩形區域
43‧‧‧矩形區域
44‧‧‧矩形區域
45‧‧‧矩形區域
200‧‧‧微影裝置
202‧‧‧測量站
204‧‧‧曝光站
206‧‧‧控制單元
208‧‧‧塗佈裝置
210‧‧‧烘烤裝置
212‧‧‧顯影裝置
220‧‧‧基板
222‧‧‧蝕刻站/裝置
224‧‧‧裝置
226‧‧‧裝置
230‧‧‧入射基板
232‧‧‧基板
234‧‧‧基板
240‧‧‧度量衡裝置
242‧‧‧度量衡結果
500‧‧‧檢測裝置
502‧‧‧基板
504‧‧‧基板支撐件
506‧‧‧致動器
508‧‧‧外殼
510‧‧‧框架
516‧‧‧致動器
518‧‧‧控制器
600‧‧‧跡線
604‧‧‧暫時相對移動
722‧‧‧液體透鏡
800‧‧‧液體透鏡
802‧‧‧第一表面
804‧‧‧第二表面
806‧‧‧第一液體
808‧‧‧第二液體
809‧‧‧界面
810‧‧‧第一電極
812‧‧‧第二電極
814‧‧‧射線
814'‧‧‧射線
814"‧‧‧射線
816‧‧‧點
902‧‧‧液體透鏡控制器
1100‧‧‧曲線圖
1324‧‧‧液體透鏡
1350‧‧‧光束
1360‧‧‧色彩控制器
1362‧‧‧液體透鏡控制器
1363‧‧‧液體透鏡
1402‧‧‧具有最短波長之光分量
1404‧‧‧具有最長波長之光分量
1406‧‧‧具有中等波長之光分量
0‧‧‧實線/零階射線
-1‧‧‧雙點鏈線/一階射線
+1‧‧‧點鏈線/一階射線
-1(13S)‧‧‧-1繞射射線
+1(13N)‧‧‧+1繞射射線
A‧‧‧固持時段
CP‧‧‧收集路徑/收集與成像路徑
I‧‧‧照明射線/入射射線
IP‧‧‧照明路徑
M‧‧‧移動
M'‧‧‧移動
M"‧‧‧移動-停止-固持-移動
MA‧‧‧圖案化器件
O‧‧‧光軸/點線
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
P3‧‧‧位置
P4‧‧‧位置
PU‧‧‧處理單元/影像處理器與控制器
R‧‧‧配方資訊
ROI‧‧‧所關注區
S‧‧‧停止
SCS‧‧‧監督控制系統
T‧‧‧度量衡目標光柵
T'‧‧‧目標影像
t‧‧‧時間
tA‧‧‧獲取時間
tA+‧‧‧液體透鏡前間隔
tA-‧‧‧液體透鏡後間隔
tM‧‧‧移動間隔
tS‧‧‧穩定時間
W‧‧‧基板
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向/移動
Z‧‧‧方向
現將參看隨附示意性圖式而僅借助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應參考符號指示對應部分，且在該等圖式中：圖1為包括微影裝置LA及檢測裝置MET以及其他裝置之工業生產設施的示意性描述；圖2(包括圖2(a)至圖2(b))描繪可用作圖1之生產設施中之檢測裝置的散射計之已知形式；圖3描繪基板上的多重光柵目標之已知形式及測量光點之輪廓；圖4描繪在圖2之散射計中獲得的圖3之目標之影像；圖5示意性地說明移動檢測裝置之部分以用於測量基板上之不同目標；圖6為展示在一系列測量期間在圖5之裝置中移動之一個分量的曲線圖；圖7展示根據本發明之一個態樣之將液體透鏡併入於成像光學系統中的第一經修改檢測裝置；圖8(包括圖8(a)至圖8(c))展示圖7之經修改檢測裝置中所使用之多極液體透鏡的工作原理；圖9展示圖2之檢測裝置中之(a)、(b)及圖8之經修改裝置中之(c)、(d)對目標運動的影響；圖10為展示操作圖8之經修改檢測裝置之方法的流程圖；圖11為展示圖8之裝置之另一修改的掃描運動之分量的曲線圖；圖12說明測量第一目標且將其移動至第二目標之經修改裝置之操作中的階段(a)至階段(d)；圖13展示將另一液體透鏡併入於成像光學系統中之第二經修改檢測裝置；圖14說明(a)圖2之裝置及(b)圖13之裝置的成像光學系統中之不同波長之輻射的聚焦； 圖15為展示操作圖13之第二經修改檢測裝置之方法的流程圖；及圖16為說明使用以圖8及/或圖13之檢測裝置進行之測量來控制度量衡方法及/或微影製造程序之效能的方法之流程圖。
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為有指導性的。
圖1在200處將微影裝置LA展示為實施大容量微影製造程序之工業生產設施之部分。在本實例中，製造程序經調適以用於在諸如半導體晶圓之基板上製造半導體產品(積體電路)。熟習此項技術者將瞭解，可藉由以此程序之變體處理不同類型之基板來製造廣泛多種產品。半導體產品之生產純粹用作現今具有重大商業意義之實例。
在微影裝置(或簡稱為「微影工具」200)內，在202處展示測量站MEA且在204處展示曝光站EXP。在206處展示控制單元LACU。在此實例中，每一基板造訪測量站及曝光站以具有經應用之圖案。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統用於使用經調節輻射及投影系統將產品圖案自圖案化器件MA轉印至基板上。此轉印藉由在輻射敏感抗蝕劑材料層中形成圖案之影像而完成。
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。圖案化器件MA可為將圖案賦予至由圖案化器件透射或反射之輻射光束的光罩或比例光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。如所熟知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化器件之支撐件及定位系統協作以跨越基板將所要圖案應用至許多目標部分。可使用可程式化圖案化器件來代替具有固定圖案之比例光罩。輻射(例如)可包括深紫外線(DUV)或極紫外線(EUV)波 帶中之電磁輻射。本發明亦適用於(例如)藉由電子束進行之其他類型的微影製程，例如，壓印微影及直寫微影。
微影裝置控制單元LACU控制各種致動器及感測器的所有移動及測量以接納基板W及比例光罩MA且實施圖案化操作。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關的所要計算之信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為具有許多子單元之系統，該等子單元各自處置裝置內之子系統或組件的即時資料獲取、處理及控制。
在於曝光站EXP處將圖案應用至基板之前，在測量站MEA處處理基板以使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位準感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來測量基板上之對準標記的位置。對準標記係以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於產生標記時之不準確度且亦歸因於基板之貫穿其處理而發生的變形，標記偏離理想柵格。因此，除了測量基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地測量跨越基板區域之許多標記的位置(在裝置將以極高準確度在正確部位處印刷產品特徵的情況下)。裝置可屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型，每一基板台具有由控制單元LACU控制之一定位系統。當在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板時，可在測量站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之測量極耗時，且提供兩個基板台會實現裝置之處理量的實質性增加。若在基板台處於測量站處以及處於曝光站處時位置感測器IF不能夠測量基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。微影裝置LA可(例如)屬於所謂的雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa及WTb以及兩個站(曝光站及測量站)，在該兩個站之間可交換基板台。
在生產設施內，裝置200形成「微影單元」或「微影叢集」之部分，該「微影單元」或「微影叢集」亦含有塗佈裝置208以用於將感 光性抗蝕劑及其他塗層應用至基板W以供由裝置200圖案化。在裝置200之輸出側處，提供烘烤裝置210及顯影裝置212以用於將經曝光圖案顯影至實體抗蝕劑圖案中。在所有此等裝置之間，基板處置系統關注支撐基板及將基板自裝置之一個片件轉移至下一片件。常常統稱為塗佈顯影系統(track)之此等裝置係在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化處理量及處理效率。監督控制系統SCS接收配方資訊R，配方資訊R極詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。
一旦已在微影單元中應用且顯影圖案，即將經圖案化基板220轉移至其他處理裝置(諸如在222、224、226處說明)。廣泛範圍之處理步驟係由典型製造設施中之各種裝置實施。為實例起見，此實施例中之裝置222為蝕刻站，且裝置224執行蝕刻後退火步驟。將其他物理及/或化學處理步驟應用於其他裝置226等中。可需要眾多類型之操作以製造實際器件，諸如材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等)、化學機械拋光(CMP)等。實務上，裝置226可表示在一或多個裝置中執行之一系列不同處理步驟。
如所熟知，半導體器件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之器件結構。因此，到達微影叢集之基板230可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或在另一裝置中完全地被處理之基板。類似地，取決於所需處理，離開裝置226之基板232可經返回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可經指定以用於不同叢集中之圖案化操作，或其可為待發送以用於切割及封裝之成品。
產品結構之每一層需要不同製程步驟集合，且用於每一層處之裝 置226可在類型上完全不同。此外，即使在待由裝置226應用之處理步驟在大型設施中標稱地相同的情況下，亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟226之若干假設相同的機器。此等機器之間的設定之小差異或故障可意謂其以不同方式影響不同基板。即使步驟對於每一層相對而言為共同的，諸如蝕刻(裝置222)亦可由標稱地相同但並行地工作以最大化處理量之若干蝕刻裝置來實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料的細節需要不同蝕刻製程，例如，化學蝕刻、電漿蝕刻，且需要特殊要求，諸如各向異性蝕刻。
可在其他微影裝置中執行先前及/或後續製程(如剛才所提及)，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續程序。舉例而言，器件製造程序中之在諸如解析度及疊對之參數上要求極高的一些層相比於要求較不高之其他層可在更先進微影工具中予以執行。因此，一些層可在浸潤類型微影工具中曝光，而其他層在「乾式」工具中曝光。一些層可在於在DUV波長下工作之工具中曝光，而其他層係使用EUV波長輻射來曝光。
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測量性質，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。因此，微影單元LC所位於之製造設施亦包括檢測裝置之一或多個片件，該等片件接納已在微影單元中處理的基板W中之一些或全部。
舉例而言，圖1中所展示之系統包括呈度量衡裝置240形式之檢測裝置，提供該檢測裝置以用於在製造程序中之所要階段進行產品參數之測量。現代微影生產設施中之度量衡裝置之常見實例為散射計(例如，角解析散射計或光譜散射計)，且其可經應用以測量在裝置222中之蝕刻之前在220處之經顯影基板的性質。在使用度量衡裝置240之情況下，可判定出(例如)諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數並不 符合經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在經由微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板220之機會。如亦所熟知，藉由監督控制系統SCS及/或控制單元LACU 206隨著時間推移進行小幅度調整，可使用來自裝置240之度量衡結果242以維持微影叢集中之圖案化操作之準確效能，藉此最小化製得不合格產品且要求重工之風險。當然，度量衡裝置240及/或其他度量衡裝置(未圖示)可經應用以測量經處理基板232、234及傳入基板230之性質。
已知(例如)用於缺陷偵測的其他類型之檢測裝置。
圖2(a)展示藉由調適實施角解析散射測量以用於執行所謂的暗場成像之檢測裝置。該裝置可為獨立器件或併入於微影裝置LA中(例如，在測量站處)或微影單元LC中。具有貫穿裝置之若干分支的光軸由點線O表示。圖2(b)中更詳細地說明目標光柵T及繞射射線。
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可包括準直使用透鏡系統12a、彩色濾光片12b、偏光器12c及孔隙器件13。經調節輻射遵循照明路徑IP，在照明路徑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)，其較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。若需要，可使用浸潤流體以獲得大於1之數值孔徑。
如在微影裝置LA中，可提供一或多個基板支撐件以在測量操作期間固持基板W。粗略定位器及精細定位器可經組態以相對於測量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16下方之位置中。通常將對跨越基板W之不同部位處的目標進行許多測量。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。然而，當然同樣有可能使光學系統移動且使基 板台靜止。此外，同樣有可能使光學系統在一個主要方向(諸如，Y方向)上移動且基板台在其他主要方向(諸如，X及Z方向)上移動。
自測量之使用者的觀點，倘若基板與光學系統之相對位置正確，則彼等者中之一者或兩者在現實世界中是否移動原則上無關緊要。僅如同將接物鏡及光學系統帶入至基板上之不同部位一般考慮及描述操作為方便的。然而，對於裝置之實務實施，每一選擇存在重要優點及缺點。舉例而言，已發現，可藉由使光學系統在一個方向上移動同時基板支撐件在另一方向上移動而達成緊密配置。舉例而言，光學系統之移動帶來對管理振動之挑戰。
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。偵測器可位於透鏡16之焦距F處的背向投影式光瞳平面P中。實務上，光瞳平面自身可為不可近接的，且可替代地藉由輔助光學件(未圖示)重新成像至位於所謂的共軛光瞳平面P'中之偵測器上。偵測器較佳為二維偵測器，使得可測量基板目標30之二維角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之平面中的入射角/出射角，且圍繞光軸O之角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(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
參考路徑RP中之輻射被投影至同一偵測器19之不同部分上或替代地投影至不同偵測器(未圖示)上。參考光束常常用於(例如)測量入射輻射之強度，以允許使在散射光譜中測量之強度值正規化。
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)由干涉濾光片之集合實施彩色濾光片12b以選擇在(比如)405nm至790nm或甚至更低(諸如，200nm至300nm)之範圍內的不同所關注波長。干涉濾光片可為可調諧的，而非包含不同濾光片 之集合。可使用光柵來代替干涉濾光片。替代地或另外，可在源11內或藉由調換源而改變波長。偏光器12c可旋轉或可調換以便在輻射光點S中實施不同偏光狀態。孔隙器件13可經調整以實施不同照明輪廓。孔隙器件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，由孔隙器件界定之照明輪廓界定來自通過孔隙器件13上之不同部位的輻射並入射於基板上之光之角分佈。
偵測器19可測量在單一波長(或窄波長範圍)下之散射光之強度、分別在多個波長下之散射光之強度，或遍及一波長範圍而積分之散射光之強度。此外，偵測器可分別測量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上之情況下，此可為1-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，長條係由固體抗蝕劑線形成。目標可為2-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或介層孔形成。長條、導柱或介層孔可替代地被蝕刻至基板中。此圖案對微影投影裝置(特定言之，投影系統PS)中之色像差敏感。照明對稱性及此類像差之存在將顯現於印刷光柵之變化中。因此，印刷光柵之散射測量資料用於重建構光柵。1-D光柵之參數(諸如，線寬及形狀)或2-D光柵之參數(諸如，導柱或介層孔寬度或長度或形狀)可經輸入至由處理單元PU根據印刷步驟及/或其他散射測量程序之知識而執行的重建構程序。
除了藉由重建構進行參數之測量以外，角解析散射測量亦有用於產品及/或抗蝕劑圖案中之特徵之不對稱性的測量。不對稱性測量之特定應用係針對疊對之測量，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，在上文所引證之已公開專利申請案US2006066855A1中描述使用圖3或圖4之器具進行不對稱性測量的概念。簡單而言，雖然目標之繞射光譜中的繞射階之位置僅由目標之週 期性判定，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記錄之光瞳影像中的不對稱性。此不對稱性可藉由單元PU中之數位影像處理來測量，且對照已知疊對值來校準。
在第二測量分支中，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上之目標的影像。孔徑光闌21提供於在收集路徑中之平面中(其亦可被稱為光瞳光闌)，該平面在與光瞳平面共軛之平面中。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔隙可採取不同形式一樣。下文將論述實例21a及21b。通常，孔徑光闌21用於阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像係僅自一階光束形成。此影像為所謂的暗場影像，其等效於暗場顯微法。將由感測器19及23俘獲之影像輸出至影像處理器與控制器PU，影像處理器與控制器PU之功能將取決於正被執行之測量的特定類型。
在此實例中之照明路徑中，展示額外光學件，使得場光闌13'可置放於與目標及影像感測器23之平面共軛的平面中。此平面可被稱作場平面或共軛影像平面，且具有以下性質：跨越場平面之每一空間位置對應於跨越目標之位置。此場光闌可用以(例如)出於特定目的而對照明光點塑形，或僅用以避免照明在裝置之視場內但非所關注目標之部分的特徵。借助於實例，以下圖式及論述係指用於實施孔隙器件13之功能的技術，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。
如圖2(b)中更詳細地展示，目標光柵T經置放為基板W垂直於接物鏡16之光軸O。在離軸照明輪廓之情況下，與軸O偏離一角度而照射於光柵T上的照明射線I產生一零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用填充過度的小目標光柵之情 況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標光柵T及其他特徵之基板之區域的許多平行射線中之一者。由於板13中之環形孔隙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實際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，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。
藉由使用不同孔隙，其他照明模式係可能的。舉例而言，孔隙13b提供軸上照明。孔隙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2(a)，藉由將環形孔徑之直徑上對置部分指定為北(N)及南(S)來說明此情形。來自照明錐體之北部分的+1繞射射線(其被標註為+1(13N))進入接物鏡16，且來自錐體之南部分的-1繞射射線(標註為-1(13S))亦如此。如在引言中所提及之先前申請案中所描述，在於此類型之孔隙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測量之一種方式。孔徑光闌21a可用於在使用離軸照明時阻擋零階輻射。
雖然展示離軸照明，但可替代地使用目標之軸上照明，且使用具有離軸孔隙之孔徑光闌13b以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在一個實例中，使用稜鏡21b來代替孔徑光闌21，該等稜鏡具有使+1階及-1階轉向至感測器23上之不同部位使得其可被偵測且被比較而不產生兩個影像的效應。上文所提及之已公開專利申請案US2011102753A1中揭示此技術，該專利申請案之內容特此以引用之方式併入。替代一階光束或除了一階光束以外，二階、三階及高階光束(圖2中未展示)亦可用於測量中。
圖3描繪根據已知實務而形成於基板上之複合光柵目標。該複合目標包含四個個別光柵32至35，該等個別光柵緊密地定位在一起，使得其將皆在由度量衡裝置之照明光束形成的測量光點31內。該四個目 標因此皆被同時地照明且同時地成像於感測器19及23上。在專用於疊對測量之實例中，光柵32至35自身為由在形成於基板W上之半導體器件之不同層中經圖案化之上覆光柵形成的複合光柵。光柵32至35可具有經不同偏置之疊對偏移，以便促進測量經形成有複合光柵之不同部分的層之間的疊對。如所展示，光柵32至35亦可在其定向上不同，以便在X方向及Y方向上繞射入射輻射。在一個實例中，光柵32及34為分別具有+d、-d之偏置的X方向光柵。此意謂光柵32使其上覆組件經配置以使得若該等上覆組件皆確切地印刷於其標稱部位處，則該等組件中之一者將相對於另一者偏移距離d。光柵34使其組件經配置以使得若被完美地印刷於其標稱部位處，則將存在為d但在與第一光柵等相反之方向上的偏移。光柵33及35為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。雖然說明四個光柵，但另一實施例可能需要較大矩陣以獲得所要準確度。舉例而言，九個複合光柵之3×3陣列可具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可在由感測器23俘獲之影像中識別此等光柵之單獨影像。
圖4展示可在圖2之裝置中使用圖3之目標形成於感測器23上且由該感測器偵測到之影像的實例。雖然光瞳平面影像感測器19不可解析不同個別光柵32至35，但影像感測器23可進行此解析。交叉影線矩形40表示感測器上之影像之場，在此場內，基板上之經照明光點31成像至對應圓形區域41中。理想地，該場為暗場。在此暗場影像內，矩形區域42至45表示個別光柵32至35之影像。若該等光柵位於產品區域中，則在此影像場之周邊亦可看見產品特徵。雖然圖5之暗場影像中僅展示單一複合光柵目標，但實務上藉由微影而製造之半導體器件或另一產品可具有許多層，且需要在不同層對之間進行疊對測量。對於層對之間的每一疊對測量，需要一或多個複合光柵目標，且因此，在影像場內可存在其他複合光柵目標。影像處理器與控制器PU使用圖 案辨識來處理此等影像以識別光柵32至35之單獨影像42至45。以此方式，影像並非必須在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此極大地改良測量設備整體上之處理量。然而，若成像程序跨越影像場經受非均一性，則仍存在對準確對準之需要。在本發明之一個實施例中，識別四個位置P1至P4，且使光柵與此等已知位置儘可能地對準。
一旦已識別光柵之單獨影像，即可(例如)藉由對經識別區域內之選定像素強度值求平均或求和而測量彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他性質彼此進行比較。可組合此等結果以測量微影製程之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例。
圖5示意性地展示根據一個特定實例之檢測裝置500中的定位系統。基板502被置放於基板支撐件504上。基板支撐件具有一組致動器506，該等致動器能夠在X方向上移動基板支撐件，以及能夠圍繞Z軸旋轉基板支撐件。
檢測裝置之可與參看圖2所論述相同的光學系統通常被包含在外殼508內。該外殼之不同部分可含有光源、照明系統、成像光學系統及一或多個影像偵測器。光學系統外殼508被附接至框架510，該框架充當光學系統及基板支撐件兩者之固定參考。提供致動器516以在Y方向上來回移動光學系統。
光學系統之致動器506、516及基板支撐件由控制器518控制，且此等部分連同框架510形成定位系統。定位系統基於位置資訊控制光學系統與基板支撐件之相對位置。可以數種方式判定此等資訊。光學系統及基板支撐件中之一者或兩者可裝配有位置感測器(未圖示)，位置感測器將位置資料520、522直接傳輸至控制器518。替代地或另外，位置資訊可由使用者手動鍵入或可自位於遠端之感測器傳輸。將瞭解，定位系統係以高度簡化形式說明。實務上，每一致動器可經劃分成粗略級及精細級，有時被稱作「長投(long throw)」及「短投 (short throw)」致動器。可藉由(例如)具有用以形成整個定位系統之子系統之自身本端控制器的短投致動器以分散方式來實施控制器518。對於熟習此項技術者，此等實施細節為常規設計問題。
參看圖6，曲線圖說明在檢測裝置之操作期間可能出現的問題。假設外殼508中之光學系統用於使用成像光學系統22及影像感測器23測量基板之性質。跡線600展示隨著時間t推移而變化之光學系統的位置Y。為了獲取一系列目標，控制器218及致動器216執行一連串移動及停止，如所展示。當獲取影像時，移動M後接續停止S及固持時段A。接著，下一移動M'將光學系統帶至下一目標。在X方向上之移動可與所展示Y移動同時執行。在602處，中斷處理(例如，以執行Y移動及/或改變照明模式及/或換入新基板)，且開始移動-停止-固持-移動(M")之新序列。
在理想世界中，數個測量所花費之時間將僅取決於移動時間tM與獲取時間tA之總和。然而，如插圖細節中所指示，在移動之後，在所有組件足夠靜態以獲取基板上之特定目標區域的影像之前，機械系統需要穩定時間tS。在任何移動部分停止移動之後，在光學系統與基板支撐件之間將存在暫時相對移動604。此暫時移動部分地由檢測裝置之各種部分之致動所引起的振動引起，且部分地由移動部分之動量引起。暫時移動不利地影響影像偵測器獲取之任何影像的品質。因此有必要在獲取影像之前等待穩定時間tS直至暫時移動已消退至特定臨限值以下為止。影像獲取接著花費另一時間段。對穩定時間之需要使測量速度及因此檢測裝置之處理量減緩。
圖7展示根據本發明之第一態樣之經修改檢測裝置。惟成像光學系統中之透鏡22已由液體透鏡722替換除外，該檢測裝置與圖2之檢測裝置相同。圖8展示適合於用作圖7之裝置中之透鏡722的液體透鏡800之示意性橫截面圖。該液體透鏡具有第一表面802及第二表面804。在 該等表面之間含有具有第一折射率之第一液體806及具有第二折射率之第二液體808。該等液體不可混溶，且因此在任一側上維持具有不同折射率之經界定界面809。舉例而言，第一液體可為水基的，且第二液體可為油基的。第一電極810及第二電極812被置放於液體透鏡之側壁中。應注意，雖然圖中僅展示兩個電極，但透鏡800具有圍繞其周邊配置之數個電極。藉由被稱為「電濕潤」之現象，水基液體可受電極吸引或排斥。當將電壓施加至電極時，液體之間的界面將形成取決於經施加至電極之電壓的特定形狀。
圖8展示可藉由適合地控制電極電壓而在液體之間的界面809中達成之不同形狀(a)、(b)、(c)。當經施加至所有電極的電壓相同時，將形成關於光軸O對稱之曲線界面809，如圖8(b)中所展示。在此情形下，液體透鏡將充當正常透鏡，亦即，其將聚焦以取決於透鏡表面之曲率的給定焦距進入之光。藉由增加經施加至電極之電壓，可改變透鏡表面之曲率，該曲率准許相應地改變液體透鏡之焦距。值得注意的係，藉由將電流適當施加至電極，液體透鏡亦可用作發散透鏡。
若將不同電壓施加至不同電極，則界面809之形狀將不再關於光軸對稱。圖8(a)及圖8(c)說明透鏡界面經塑形以便具有離軸焦點之情形。在其在圖8之裝置中之應用的內容背景中，來自入射光場中之不同位置的射線814、814'及814"可藉由控制經施加至電極之電壓而聚焦於所要點816處。
應注意，液體透鏡當然可具有任何方便的數目個電極。較高之電極數目將實現對第一液體之表面形狀的更精確控制，且因此允許對液體透鏡之特性的更精確及/或特定控制。舉例而言，可使用八個電極。
圖9說明與圖2之習知裝置相比，圖7之裝置中的液體透鏡722如何可用於改良成像效能及/或處理量。以簡化形式說明裝置之光學系 統，從而突出顯示接物鏡16、成像光學系統之透鏡22/722，及影像感測器23。
在圖9中由控制器518藉由相關聯命令線及感測器資料線示意性地表示定位系統(圖5)。在定位系統內，控制器518將命令發送至致動器506，以便正確地相對於框架510定位基板支撐件及基板。基板支撐件上之位置感測器將位置資料傳輸回至位置控制器。在定位系統內，控制器518將命令發送至致動器516，以便正確地相對於框架510定位光學系統。類似於基板載物台，光學系統具有一或多個位置感測器，該一或多個位置感測器將位置資料傳輸回至位置控制器。此允許控制器518判定(例如)歸因於檢測裝置之振動或外部影響的位置偏差。接著命令適當校正，以實施一或多個伺服控制迴路。可提供諸如加速度計之其他感測器。
圖9(a)及圖9(b)展示圖2之檢測裝置，此時該裝置在使用中。在圖9(a)中，藉由照明(未圖示)而照明目標T。散射輻射係由接物鏡16收集，且傳遞通過光學系統。所收集散射輻射被聚焦至影像感測器23，所收集散射輻射在其中形成目標之影像T'。影像之位置對測量期間光學系統與基板之間的任何非預期相對移動敏感。在圖9(b)中，基板載物台已自其初始位置移動(如箭頭所指示)。當目標相對於光學系統移動時，目標之影像在感測器23上相應地移動。當然，將瞭解，圖式僅指示相對移動之一個可能方向。實際上，檢測裝置之基板載物台及光學系統可在主要方向X、Y或Z中之任一者(或其組合)上相對於彼此移動。殘餘移動及振動可在該等組件中之任一者中且在該等方向中之任一方向上產生。
在測量期間目標相對於光學系統之任何移動將使由影像偵測器偵測到之影像的影像品質降級。在可由影像偵測器獲取目標之適合影像之前，因此有必要等待基板載物台與光學系統之間的任何相對移動消 退。此等待增加執行測量所需之時間。因此需要減少或甚至移除穩定時間，但在大的組件高速移動之情況下，此變得極難以藉由所需精確度達成。
圖9(c)及圖9(d)展示相同情形但係在圖8之經修改檢測裝置中，其中已用液體透鏡722替換透鏡22。提供液體透鏡控制器902以在液體透鏡722之電極上設定適當電壓。在圖9(c)中，目標已被位移至一側，且在圖9(d)中，目標已在相反方向上被位移。此等方向當然僅為例示性的。
如前所述，基板支撐件及光學系統之位置感測器將位置資料傳輸至之位置控制器。位置資料當然亦可以數種其他方式獲得，例如，由在裝置外部之感測器(諸如，監測任何載物台移動之攝像機系統)。位置控制器接著判定校正資訊以考量基板載物台與光學系統之間的相對移動，且可將命令發出至致動器以將位置校正為所要靜止值。然而，在經修改裝置中，校正資訊亦被發送至液體透鏡控制器902。
當位置控制器判定光學系統與基板載物台之間的相對移動以使得目標T自其標稱部位移動時，液體透鏡控制器受到指示以改變液體透鏡之電極的電流。藉由改變電極之電流，可改變液體透鏡之焦點的位置以抵消移動。以此方式，影像感測器23上之目標之影像T'的位置可保持恆定。
再次參看圖6，經修改檢測裝置中之液體透鏡可經控制以在組件已停止移動之前抵消殘餘運動604以產生穩定影像T'。藉由使用如上文所描述之液體透鏡，可縮短或甚至消除穩定時間。
在本實例中，控制器518及902並不僅基於光學系統及基板之所測量位置而應用對液體透鏡之回饋控制。確切而言，實施前饋式控制演算法，該前饋式控制演算法基於預測採納以校正目標之位置偏差所需的形狀而控制液體透鏡。
圖10展示實施此前饋式控制之簡單方法。在1002處，自與光學系統及基板支撐件中之一者或兩者相關聯的感測器接收位置資料及/或加速度資料及/或其他資料。在1004處，對光學系統與目標之間的相對移動進行預測，其通常將不可避免地導致感測器23上之目標影像T'移動。在1006處，對未來位置或移動之預測用於計算待由液體透鏡實現之校正。在1008處，產生適當電極電壓或電流以實施所要校正且保持影像T'在感測器23上靜止。
在一個實例中，可提供一或多個加速度計以允許預測組件之未來軌跡。可顯式地計算預測，或其可隱含於經應用以導出針對液體透鏡之控制信號的函數中。在另一實例中，預測及前饋式控制可基於與受影響組件之行為之模型組合的歷史位置測量。若需要，組合加速度計測量與歷史位置資料之混合技術可用於預測位置之變化。
如所提及，預測可基於多種感官輸入及/或所計算資料。在位置資料之情況下，與僅當前位置相比，當前及歷史位置可用於進行更佳預測。加速度信號可允許此預測被進一步改進。可使用已隱含於針對定位系統自身之控制演算法中的預測。舉例而言，伺服控制演算法可(隱式地或顯式地)計算未來偏差之預測，以便產生抵消偏差之致動器命令信號。此外，已由定位系統控制器518產生之致動器命令信號可為對預測演算法之另一輸入。
在一特定實例中，加速度計被裝配至光學系統或基板支撐件中之任一者或兩者。本質上，加速度計由使用固定質量來偵測應用至該質量之力或加速度之變化的力感測器組成。在本實例中，當與光學系統或基板支撐件之組件的質量相比時，加速度計之固定質量極小，且具有小的對應質量慣性。加速度計將因此在光學系統或基板支撐件之位置感測器可偵測位置變化之前偵測固定質量上之力或加速度的變化。加速度計將資料發送至光學系統或基板支撐件之經校準移動模型。移 動模型接著基於自加速度計接收之資料而計算光學系統與基板支撐件相對於彼此之經預測位置。
無論使用哪種類型之感測器及演算法，皆可產生針對光學系統與目標T之相對位置的單一預測。替代地，預測可分別針對不同組件(光學系統、基板)之位置而產生，且接著經組合以獲得對基板與光學系統之相對位置的校正。除了基板與光學系統之間的相對移動以外，亦可存在光學系統內之光學元件之間的相對移動。當然，應注意，除了對基板與光學系統之間的相對移動之前述補償以外，本發明亦可用於補償此類相對移動。位置及校正可僅在一個方向(例如，Y方向)上，或可在多個方向上。若需要，可使用不同類型之演算法及感測器以在不同方向上控制液體透鏡，所需調整被合併成單組電壓以用於施加至液體透鏡電極。
參看圖11及圖12，有可能修改圖8之經修改裝置之控制及操作，使得無需停止時段以便獲得良好影像。在此經修改操作方法中，貫穿影像獲取間隔tA有意地維持相對移動，同時控制液體透鏡722以維持影像感測器23上之目標之靜止影像T'。以此方式，亦有可能使用液體透鏡以使得能夠在連續掃描操作期間獲取連續目標之影像。由於不中斷移動，因此實際上可較易於預測及控制相對位置。因為無需使移動部分突然加速或減速，所以亦並不需要穩定時間，此係由於將不存在要抵消之殘餘移動。
圖11展示在連續掃描操作期間之成像目標的例示性移動型樣。曲線1100指示光學系統相對於基板之連續、恆定速度運動。不同目標沿軌跡進入光學系統之視場內。時間被劃分成移動間隔tM及獲取間隔tA。圖12展示一個實例中之掃描程序之側視圖。在本實例中，可為簡單起見假定光學系統在Y方向上移動且基板載物台保持靜止。然而，在移動間隔tM期間亦或甚至在獲取間隔期間，基板可在X方向上移 動。一旦特定目標區域穩妥地在光學系統之視場內，其接著進入液體透鏡之校正範圍(其可為整個視場或其子集)內/移動液體透鏡之焦點，以便產生以感測器23為中心之目標影像T'。圖12(a)中展示此初始條件。在(b)處，隨著相對運動繼續進行，目標之影像可被保持於影像偵測器上之恆定部位中，直至目標移動離開液體透鏡之校正範圍為止。當目標在液體透鏡之校正範圍內時，影像偵測器上之目標影像將不移動。
在此時段期間，可在影像之品質不受移動不利地影響的情況下獲取目標之影像。換言之，影像偵測器能夠獲取目標區域之影像，但不必停止光學系統之掃描運動。
如圖11中之插圖細節所見，獲取間隔tA理論上可經劃分成「液體透鏡前」間隔tA+及「液體透鏡後」間隔tA-。此等間隔之間的轉變並非明顯步驟，而是僅在液體透鏡傳遞通過其中性狀態時存在(圖8(b))。
一旦已獲取影像，即在下一移動間隔tM(如圖12(c)中所展示)期間重設液體透鏡。一旦下一目標進入液體透鏡之視場及校正範圍，液體透鏡之焦點即被移動至下一目標上。在(d)處，看見以「液體透鏡前」間隔tA+開始獲取下一目標影像。只要適用，此程序便可繼續進行。
如所提及，連續掃描方法之一個優點為殘餘運動可少於停止-開始運動之情況。在任何情況下，額外校正可饋入至液體透鏡控制器以校正與理想軌跡之偏差。此等偏差可縱向及/或橫向於掃描之方向。亦應注意，影像感測器23上之目標影像之位置可或可不以某一標稱位置為中心。倘若其貫穿獲取間隔在視場及校正範圍內，且相對移動之速度為熟知的，則液體透鏡將使影像T'保持於影像感測器23上之一個靜止位置處。若需要，可應用影像處理演算法以確切發現每一所獲取 影像中之所關注區(ROI)。
雖然上文所描述之實例已包括(i)伴隨殘餘移動之校正的停止-開始移動及(ii)連續速度掃描(ii)，但此等操作並非所涵蓋之僅有操作模式。最易於遵循之移動為恆定速度，但只要存在具有已知形狀之可預測振動，便可使用前饋式系統來遵循並校正移動。
此外，具有重複速度差異之軌跡可被設想為使用較慢但受絕對控制之速度以供影像獲取及使用目標之間的最大移動速度亦將起作用。此可用於以下情況：所需之感測器積分時間過長，以至於目標不能在足夠長的時間內在全部移動速度下保持於校正範圍內。
亦應注意，掃描方法(無論恆定速度抑或減緩速度)可引入測量品質之額外優勢。如已關於圖4所提及，光學系統中之不同光學路徑可引入稍微不同的像差，使得使用一個光學路徑之測量可稍微不同於使用另一光學路徑之測量，即使所測量結構相同亦如此。此等不同路徑可在照明路徑IP中及/或在收集與成像路徑CP中。在本文中所揭示之掃描方法中，在使用液體透鏡來維持感測器23上之目標之靜止影像的情況下，在給定測量中不使用單組光學路徑。確切而言，所得影像為對數個路徑之透鏡/感測器像差求平均的結果，且因此測量變得更可靠。
圖13展示根據本發明之第二態樣修改的檢測裝置。惟已用液體透鏡1324替換透鏡24除外，該檢測裝置與圖2中所展示之彼檢測裝置相同。在本態樣中，液體透鏡用於減少由成像光學系統之剩餘光學組件引起之色像差的效應，如在下文中將更詳細地解釋。
第二液體透鏡1363可另外或替代地插入至照明系統12中。第二液體透鏡可用於減少照明系統中之色像差的效應。此情形允許照明光點在不同波長下始終形成於目標上，其增加度量衡系統之總體準確度。圖14(a)說明在色像差影響影像在(諸如)影像感測器23上之聚焦時的色 像差之原理。光束1350入射於透鏡上。入射光係由透鏡以熟知方式折射。歸因於透鏡之材料的分散，透鏡之焦距取決於透射光之波長。一般而言，簡單折射透鏡之焦距與入射光之波長成比例。檢測裝置在執行測量時通常使用數個波長，但一次使用一個。在本實例中，入射光束具有三個特定波長中之一者。原則上，在一些情況下亦有可能使用多色光。如圖14(a)中可見，具有最短波長之光分量1402具有最短有效焦距，且具有最長波長之光分量1404具有最長有效焦距。具有中等波長之分量1406的有效焦距處於其他兩個焦距之間。透鏡不可同時針對所有三個波長聚焦。
圖14(b)說明使用液體透鏡1324、1363來抵消圖13之裝置中之色像差的效應。如先前所解釋，可藉由增加或減少液體透鏡之電極之電壓而調整液體透鏡之焦距，藉此增加或減少透鏡之第一液體與第二液體之間的表面之曲率。若入射光之波長已知，則有可能在考量焦距之波長的效應時精確調整透鏡之焦距。如可見，所有三個波長聚焦於同一焦點。
再次參看圖13，光源11發出傳遞通過彩色濾光片12b(其他波長選擇機制為可能的)的光。由控制器1360控制(例如)包含色輪或漸變濾光片之彩色濾光片。此使得能夠選擇具有不同色彩之光(更大體而言，不同可見及非可見波長之輻射)。經濾色光被遞送至如上文所描述之目標基板上的目標區域，且由該目標區域散射。在成像光學系統中，液體透鏡1324之焦距可由控制器1362控制。在照明系統中，液體透鏡1363之焦距可由控制器1362控制。在光學系統中之特定部位處展示液體透鏡1324及1363，但液體透鏡在其他部位處之情況下可使用類似效應。液體透鏡可替代固定透鏡，或附加至固定透鏡。
如參看圖14所描述，具有不同波長之光將由光學系統之各種光學組件不同地折射。在本實例中，僅關於透鏡24而說明色像差。然而， 應注意，光學系統之每一繞射光學組件增加了效應。因此，整個光學系統之色像差為由每一光學組件引起之色像差的總和。若不加以校正，則光學系統之色像差可顯著地影響由影像偵測器獲取之影像的影像品質，可能惟在一個特定波長下除外。
現將參看圖13及圖15描述用於移除色像差之方法。由控制器1360在1501處選擇待用於測量之波長。所選波長可被自動執行為預定義程式之部分(度量衡配方)，或其可由操作者手動地選擇。控制單元以正常方式將資料傳輸至彩色濾光片12b。另外，控制單元將與所選波長相關之資料傳輸(1502)至液體透鏡控制器1362。此又將信號施加至液體透鏡之個別電極，使得液體透鏡可不僅(至少部分地)補償(1503)自身之色像差，且亦補償成像光學系統之其他元件的色像差。此補償確保目標之影像正確地聚焦至影像偵測器上而無關於用於任何給定測量之光的波長。影像偵測器接著獲取(1504)目標之影像。將理解，可由中央控制器及/或由手動命令來直接命令液體透鏡控制器1362，而非經由色彩控制器1360。中央控制器或手動操作者接著負責使波長之變化與液體透鏡之適當設定同步。
可單獨或組合使用本發明之如上文所描述及圖式中所說明的各種態樣。換言之，根據本發明之檢測裝置可包括經控制以在存在相對移動之情況下維持靜止目標影像的液體透鏡及/或經控制以在不同波長下工作時校正色像差及/或自單一照明光學系統提供光點照明及場照明兩者的液體透鏡。相同或其他液體透鏡可隨著時間推移應用設定及維護裝置之其他校正及變化。
圖16說明在微影製造系統之管理中應用使用本發明之經修改檢測裝置及方法中之任一者或全部的測量方法。步驟將在此列出，且接著更詳細地解釋：
1601：處理晶圓以在基板上產生結構
1602：跨越基板測量CD及/或其他參數
1603：更新度量衡配方
1604：更新微影及/或製程配方
在步驟1601處，使用微影製造系統跨越基板產生結構。在1602處，(視情況與其他度量衡裝置及資訊源組合)使用根據本發明之一或多個態樣製造及操作的度量衡裝置240來跨越基板測量結構之性質。在步驟1603處，視情況，鑒於所獲得之測量結果更新該度量衡裝置及/或其他度量衡裝置之度量衡配方及校準。
在步驟1604處，CD或其他參數之測量值與所要值相比較，且用以更新微影製造系統內之微影裝置及/或其他裝置的設定。藉由提供具有經改良處理量及/或準確度之檢測裝置、使用所描述之修改及方法，可改良整個製造系統之效能。
在以上步驟中，假定跨越一基板及跨越多個基板測量足夠目標，使得可導出程序之統計上可靠模型。無需將CD及其他參數之剖面完全表達為跨越基板之變化。舉例而言，可將其表達為所有場(在基板W上之不同部位處使用圖案化器件MA之圖案化的每一個例)所共有之場內剖面及重複地疊置場內變化之低階場間變化。在步驟1604中調整之微影製程之設定可包括場內設定以及場間設定。該等設定可適用於裝置之所有操作，或特定於特定產品層。
結論
可藉由以下操作改良一種使用微影製程來製造器件之方法：提供如本文中所揭示之檢測裝置；使用該檢測裝置以測量經處理基板以測量微影製程之效能參數；及調整製程之參數以改良或維持微影製程之效能以用於後續基板之處理。
雖然上文所描述之目標結構為出於測量之目的而特定地設計及形成之度量衡目標，但在其他實施例中，可在為形成於基板上之器件之 功能性部分的目標上測量性質。
雖然上文在度量衡裝置240在微影圖案化操作之後檢測基板的內容背景中論述本發明之第一及第二態樣，但其亦可在微影圖案化操作之前被應用。就此而言，應將術語「檢測裝置」理解為包括位置感測器，諸如微影裝置100自身之對準感測器及位準感測器。如本文中所描述之目標結構之性質的測量應被認為包括相對於某一參考框架測量目標結構之位置，且不僅包括諸如CD及疊對之固有性質。目標結構可為(例如)在圖案化操作之前形成於基板上之對準標記。在彼情況下，影像感測器無需為多像素影像感測器。
本發明在其各種態樣中的一或多者中的實施可包括含有一或多個機器可讀指令序列之電腦程式，該一或多個機器可讀指令序列描述控制液體透鏡及其他組件以執行上文所描述之操作的方法。可(例如)在用於單獨控制液體透鏡之單獨電腦系統中執行此電腦程式。替代地，可完全或部分地在裝置之定位系統之一般控制器內執行液體透鏡控制方法。控制器可整合於圖2、圖8或圖13之裝置中的處理單元PU及/或圖1之控制單元LACU內。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的使用，但將瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由應用電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑被固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
在以下經編號條項中提供根據本發明之其他實施例：
1.一種用於測量一基板上之一目標結構之性質的檢測裝置，該 裝置包含：一基板支撐件，其用於支撐該基板；一光學系統，其用於藉由輻射照明該目標結構及自該目標結構收集繞射輻射，該光學系統包含成像光學件及一影像感測器；及一定位系統，其用於致使該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者移動以便相對於該光學系統定位一個別目標結構，使得該等成像光學件可使用該繞射輻射之一部分以在一影像獲取間隔期間在該影像感測器上形成該目標結構之一影像，其中該成像光學件包括一液體透鏡及一控制器，該控制器可操作以控制該液體透鏡以使該影像在該影像獲取間隔期間維持靜止，同時允許該光學系統與該目標結構之間的相對移動。
2.如條項1之檢測裝置，其中該控制器經配置以接收來自該定位系統之定位資訊以實施對該液體透鏡之一前饋式控制。
3.如條項2之檢測裝置，其中來自該定位系統之該定位資訊係基於來自一或多個加速度感測器之加速度之測量值。
4.如條項2或3之檢測裝置，其中來自該定位系統之該定位資訊包含來自一定位系統控制器之位置的預測。
5.如任何前述條項之檢測裝置，其中該定位系統經配置以在該影像獲取間隔期間將該目標結構與該光學系統維持於一固定相對位置中，該液體透鏡控制器可操作以補償殘餘移動。
6.如條項1至4中任一項之檢測裝置，其中該定位系統經配置以在該影像獲取間隔期間將該目標結構與該光學系統維持於一相對掃描移動中。
7.如任何前述條項之檢測裝置，其中該定位系統包含：一基板定位子系統，其經配置以在至少一第一方向上移動該基板支撐件；及一光學系統定位子系統，其經配置以在至少一第二方向上移動該光學 系統，該定位系統藉此在該光學系統與該基板之間實施二維上的相對移動。
8.如任何前述條項之檢測裝置，其中該液體透鏡為一多極液體透鏡。
9.一種用於測量一基板上之一目標結構之性質的檢測裝置，該裝置包含：一光學系統，其用於藉由輻射照明一目標結構及自該目標結構收集繞射輻射，該光學系統包括照明光學件、成像光學件及一影像感測器，該等成像光學件使用該繞射輻射之一部分以在該影像感測器上形成該目標結構之一影像；其中該光學系統經配置以照明該目標結構且形成一影像同時選擇該輻射之一波長範圍，且其中該光學系統包含至少一個液體透鏡及一控制器，該控制器可操作以根據該所選波長範圍控制該液體透鏡以補償該光學系統之色像差。
10.如條項9之檢測裝置，其中該光學系統經自動配置以依序藉由不同波長範圍照明一目標結構且形成影像，該控制器自動控制該液體透鏡以針對每一所選波長範圍補償色像差。
11.如條項9或10之檢測裝置，其中該控制器經配置以根據該所選波長範圍控制該液體透鏡之一焦距。
12.如條項9至11中任一項之檢測裝置，其中至少一個液體透鏡被包含於該光學系統之該等照明光學件中。
13.如條項9至12中任一項之檢測裝置，其中至少一個液體透鏡被包含於該光學系統之該等成像光學件中。
14.一種操作一光學系統之方法，其包含：提供一基板支撐件，其用於支撐一基板；提供一光學系統，其用於藉由輻射照明目標結構及自該目標結 構收集繞射輻射；致使該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者移動以便相對於該光學系統定位一基板上之一個別目標結構；致使該光學系統內之成像光學件使用該繞射輻射之一部分以在一影像獲取間隔期間在該影像感測器上形成該目標結構之一影像，其中該成像光學件包括一液體透鏡，該方法進一步包含控制該液體透鏡以使該影像在該影像獲取間隔期間維持靜止，同時允許該光學系統與該目標結構之間的相對移動。
15.如條項14之方法，其中該控制步驟包含對該液體透鏡之一前饋式控制。
16.如條項15之方法，其中該前饋式控制係基於來自一或多個加速度感測器之加速度之測量值。
17 如條項15或16之方法，其中該前饋式控制包括預測該光學系統與該目標結構之間的相對位置之變化。
18.如條項14至17中任一項之方法，其中該致使移動之步驟包含：將該光學系統移動至一目標結構；及接著在該影像獲取間隔期間將該目標結構與該光學系統維持於一固定相對位置中，且該控制步驟包含控制該液體透鏡以補償殘餘移動。
19.如條項14至17中任一項之方法，其中該致使移動之步驟包含：將該光學系統移動至一目標結構；及貫穿該影像獲取間隔將該目標結構與該光學系統維持於一相對掃描移動中，且該控制步驟包含在該影像獲取間隔期間控制該液體透鏡以補償該相對掃描移動。
20.如條項14至19中任一項之方法，其中該致使移動之步驟包含在至少一第一方向上移動該基板支撐件及在至少一第二方向上移動該光學系統，藉此在該光學系統與該基板之間實施二維上的相對移動。
21.一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器充當如條項1至13中任一項之裝置中的該液體透鏡控制器。
22.一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器控制一液體透鏡以實施如條項14至20中任一項之方法。
23.一種操作一光學系統以用於測量一基板上之一目標結構之性質的方法，該方法包含：提供一光學系統，其包括照明光學件、成像光學件及一影像感測器；使用該等照明光學件以藉由一所選波長範圍之輻射照明該目標結構；自該目標結構收集繞射輻射；及使用該等成像光學件以使用該所收集繞射輻射之至少一部分在該影像感測器上形成該目標結構之一影像；其中該光學系統包含至少一個液體透鏡，該方法包括根據該所選波長範圍自動控制該液體透鏡以補償該光學系統之色像差。
24.如條項23之方法，其中該照明光學件用於依序藉由不同波長範圍照明一目標結構，液體透鏡經自動控制以針對每一所選波長範圍補償色像差。
25.如條項23或24之方法，其中根據該所選波長範圍控制該液體透鏡之一焦距。
26.如條項23、24或25之方法，其中控制至少一個液體透鏡以便維持聚焦該照明步驟中之一輻射光點。
27.如條項23、24、25或26之方法，其中控制至少一個液體透鏡以維持該影像聚焦於該影像感測器上。
28.一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器充當如條項9至13中任一項之裝置中的該液體透鏡控制器。
29.一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器控制一液體透鏡實施如條項23至27中任一項之方法。
30.一種器件製造方法，其包含：使用一微影製程將一圖案自一圖案化器件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構；測量該週期性結構之一或多個性質以判定該微影製程之一或多個參數之一值；及根據該經測量性質在該微影製程之後續操作中應用一校正，其中該測量該週期性結構之該等性質的步驟包括使用如條項1至13中任一項之裝置測量一性質。
31.一種器件製造方法，其包含：使用一微影製程將一圖案自一圖案化器件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構；測量該週期性結構之一或多個性質以判定該微影製程之一或多個參數之一值；及根據該經測量性質在該微影製程之後續操作中應用一校正，其中該測量該週期性結構之該等性質的步驟包括藉由如條項14至20及23至29中任一項之方法測量一性質。
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365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5nm至20nm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」在內容背景允許之情況下可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
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容易地修改及/或調適此類特定實施例，而無需不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及導引，此類調適及修改意欲在所揭示實施例之等效物的含義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於藉由實例進行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物進行界定。

Claims (9)

  1. 一種用於測量一基板上之一目標結構之性質的檢測裝置，該裝置包含：一基板支撐件，其用於支撐該基板；一光學系統，其用於藉由輻射照明該目標結構及自該目標結構收集繞射輻射(diffracted radiation)，該光學系統包含成像光學件(imaging optics)及一影像感測器；及一定位系統，其用於致使該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者移動以相對於該光學系統定位一個別目標結構，使得該等成像光學件可使用該繞射輻射之一部分以在一影像獲取間隔期間(image acquisition interval)在該影像感測器上形成該目標結構之一影像，其中該成像光學件包括一液體透鏡及一控制器，該控制器可操作以控制該液體透鏡以使該影像在該影像獲取間隔期間維持靜止時允許該光學系統與該目標結構之間的相對移動。
  2. 如請求項1之檢測裝置，其中該控制器經配置以接收來自該定位系統之定位資訊以實施(implement)該液體透鏡之一前饋式(feed-forward)控制。
  3. 如請求項1或2之檢測裝置，其中該定位系統經配置以在該影像獲取間隔期間將該目標結構與該光學系統維持於一固定相對位置，該液體透鏡控制器可操作以補償殘餘移動(residual movements)。
  4. 如請求項1或2之檢測裝置，其中該定位系統包含：一基板定位子系統，其經配置以在至少一第一方向上移動該基板支撐件；及一光學系統定位子系統，其經配置以在至少一第二方向上移 動該光學系統，該定位系統藉此在該光學系統與該基板之間實施二維上的相對移動。
  5. 一種操作一光學系統之方法，其包含：提供一基板支撐件，其用於支撐一基板；提供一光學系統，其用於藉由輻射照明該目標結構及自該目標結構收集繞射輻射；致使該光學系統及該基板支撐件中之一者或兩者移動以便相對於該光學系統定位一基板上之一個別目標結構；致使該光學系統內之成像光學件使用該繞射輻射之一部分以在一影像獲取間隔期間在該影像感測器上形成該目標結構之一影像，其中該成像光學件包括一液體透鏡，該方法進一步包含控制該液體透鏡以使該影像在該影像獲取間隔期間維持靜止時允許該光學系統與該目標結構之間的相對移動。
  6. 如請求項5之方法，其中該控制步驟包含對該液體透鏡之一前饋式控制。
  7. 如請求項5或6之方法，其中該致使移動之步驟包含：將該光學系統移動至一目標結構；及接著在該影像獲取間隔期間將該目標結構與該光學系統維持於一固定相對位置，且該控制步驟包含控制該液體透鏡以補償殘餘移動。
  8. 一種電腦程式產品，其包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於致使一可程式化控制器充當(act as)如請求項1至4中任一項之一檢測裝置中的該液體透鏡控制器。
  9. 一種器件製造方法，其包含：使用一微影製程將一圖案自一圖案化器件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構； 測量該週期性結構之一或多個性質以判定該微影製程之一或多個參數之一值；及根據該經測量性質在該微影製程之後續操作中應用一校正，其中該測量該週期性結構之該等性質的步驟包括使用如請求項1至4中任一項之一檢測裝置測量一性質。
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