TWI618990B - 用於量測微影裝置之聚焦效能之方法及圖案化器件及裝置及器件製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種微影裝置(LA)將產品特徵及至少一個聚焦度量衡圖案(T)印刷於一基板上。該聚焦度量衡圖案係由一反射倍縮光罩界定，且使用以一傾斜角(θ)入射之EUV輻射(404)來執行印刷。該聚焦度量衡圖案包含第一特徵(422)之群組之一週期性陣列。第一特徵之鄰近群組之間的一間隔(S1)比每一群組內之該等第一特徵之一尺寸(CD)大得多。歸因於傾斜照明，該等經印刷第一特徵依據聚焦誤差變化而變得失真及/或位移。可提供第二特徵424作為一參考，可對照該參考看到該等第一特徵之位移。此失真及/或位移之量測可藉由量測作為該經印刷圖案之一屬性之不對稱性。量測可在例如在350奈米至800奈米之範圍內的較長波長下完成。

Description

用於量測微影裝置之聚焦效能之方法及圖案化器件及裝置及器件製造方法
本發明係關於可用於(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用於在微影製程中監測焦點參數之此類方法。
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)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之一部分、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，單一基板將含有經連續地圖案化之鄰近目標部分的網路。
在微影製程中，頻繁地需要對所產生結構進行量測，例如，用於製程控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用於量測臨界尺寸(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 的準確度)之特殊化工具。最近，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的繞射「光譜」。
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為相對較大(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)。可在國際專利申請案US20100328655A1及US2011069292A1中發現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圍繞。可使用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之方式併入本文中。
需要監測之微影製程之一個重要參數為焦點。需要將數目不斷增加之電子組件整合於IC中。為了實現此，有必要減小組件之大小，且因此增加投影系統之解析度，使得可將愈來愈小的細節或線寬投影於基板之目標部分上。隨著微影中之臨界尺寸(CD)收縮，橫越基板且在基板之間的焦點之一致性變得愈來愈重要。CD為其變化將造成特徵之實體屬性之不理想變化的特徵之尺寸(諸如，電晶體之閘寬度)。
傳統地，最佳設定係藉由「提前發送晶圓(send-ahead wafer)」(亦即， 在生產運作之前曝光、顯影及量測的基板)予以判定。在提前發送晶圓中，在所謂的焦點能量矩陣(FEM)中曝光測試結構，且自彼等測試結構之檢查判定最佳焦點及能量設定。近年來，聚焦度量衡目標包括於生產設計中以允許對聚焦效能之連續監測。此等度量衡目標應准許對焦點之快速量測，以允許大容量製造中之快速效能量測。理想地，度量衡目標應足夠小，使得其可置放於產品特徵間而無空間之不當損耗。
當前測試結構設計及焦點量測方法具有許多缺陷。已知聚焦度量衡目標需要子解析度(sub-resolution)特徵或具有大間距之光柵結構。此類結構可違反微影裝置之使用者之設計規則。對於EUV微影，在使用波長小於20奈米(例如，13.5奈米)之輻射來執行印刷的情況下，子解析度特徵之產生可為不可能的。可使用在可見光輻射波長下工作之高速檢測裝置(諸如，散射計)來有效地量測光柵結構之不對稱性。已知焦點量測技術利用以下事實：焦點敏感不對稱性可藉由界定目標結構之圖案化器件上之圖案的特殊設計而引入至印刷於抗蝕劑層中之結構中。對於EUV微影，抗蝕劑厚度及因此目標結構之厚度較小。出於此等原因，需要開發新的技術以用於在微影製程中量測聚焦效能。
本發明旨在提供可適應於新環境(諸如，EUV微影)之量測聚焦效能的方法。本發明人已認識到，EUV輻射與反射類型之圖案化器件之間的互動之三維性質導致精細特徵之定位的聚焦敏感度，即使此等特徵在微影裝置之印刷解析度內亦如此。此位置敏感度可用於產生不對稱性對焦點敏感之聚焦度量衡圖案而無需違反設計規則，或可用於包括子解析度特徵。
本發明在一第一態樣中提供一種量測一微影裝置之聚焦效能的方法， 該方法包含：(a)使用該微影裝置以將至少一個聚焦度量衡圖案印刷於一基板上，該經印刷聚焦度量衡圖案包含在至少一個方向上為週期性之一特徵陣列；(b)量測該經印刷聚焦度量衡圖案之一屬性；及(c)自該屬性之該量測導出聚焦效能之一量測，其中該聚焦度量衡圖案係由一圖案化器件界定，且藉由運用以一傾斜角入射之圖案化輻射照明該圖案化器件來執行步驟(a)中之該印刷，且其中該聚焦度量衡圖案包含第一特徵之群組之一週期性陣列，每一群組包含一或多個第一特徵，且其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
此圖案在使用圖案化器件之傾斜照明加以印刷時將以取決於聚焦誤差之方式展現第一特徵之失真及/或位移。對經印刷圖案之不對稱性的量測為量測使用具有第一特徵之圖案化器件獲得的圖案之焦點相依失真及/或位移的一個便利方法。若較佳，則可採用其他方法。
第一特徵之每一群組內之第一特徵的數目可少至一個，或其可為兩個或多於兩個。
本發明又進一步提供一種供用於一微影裝置中之圖案化器件，該圖案化器件包含用以界定一或多個器件圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案，每一群組包含一或多個第一特徵，且其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
本發明又進一步提供一種用於量測一微影製程之一參數的度量衡裝置，該度量衡裝置可操作以執行如上文所闡述之根據本發明之方法之步驟 (b)及(c)。
本發明又進一步提供一種微影系統，其包含一微影裝置，該微影裝置包含：一照明光學系統，其經配置以照明一反射圖案化器件；一投影光學系統，其經配置以將該圖案化器件之一影像投影至一基板上；及如上文所闡述之根據本發明之一度量衡裝置，其中該微影裝置經配置以在將圖案施加至其他基板時使用由該度量衡裝置導出的聚焦效能之該量測。
本發明又進一步提供供用於實施如上文所闡述之根據本發明之各種態樣之方法及裝置的電腦程式產品。
本發明又進一步提供一種使用如上文所闡述之根據本發明之方法來製造器件的方法。
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，本發明並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等實施例。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而言將為顯而易見的。
-1‧‧‧一階射線/繞射射線
0‧‧‧零階射線/繞射射線
0(13N)‧‧‧零階射線
0(13S)‧‧‧零階射線
+1‧‧‧一階射線/繞射射線
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
13‧‧‧孔徑器件
13N‧‧‧孔徑
13S‧‧‧孔徑
15‧‧‧部分反射表面
16‧‧‧物鏡/透鏡
19‧‧‧光瞳影像感測器/光瞳影像偵測器
20‧‧‧成像光學系統/孔徑光闌
21‧‧‧孔徑光闌/離軸孔徑
21a‧‧‧孔徑/孔徑光闌
21b‧‧‧離軸稜鏡
23‧‧‧感測器
30a‧‧‧射線
30b‧‧‧射線
100‧‧‧微影裝置
402‧‧‧倍縮光罩部分/倍縮光罩
404‧‧‧極紫外線(EUV)輻射
406‧‧‧經反射輻射
408‧‧‧反射結構
410‧‧‧輻射吸收結構
412‧‧‧反射部分/反射長條
414‧‧‧反射部分
416‧‧‧非反射部分
420‧‧‧重複單元
422‧‧‧第一特徵
424‧‧‧第二特徵
1000‧‧‧步驟
1010‧‧‧步驟
1020‧‧‧步驟
1030‧‧‧步驟
1040‧‧‧步驟
1050‧‧‧步驟
1060‧‧‧步驟
1070‧‧‧步驟
B‧‧‧輻射光束
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CD‧‧‧臨界尺寸
CD1‧‧‧尺寸
CD2‧‧‧尺寸
CH‧‧‧冷卻板
CP‧‧‧收集路徑
DE‧‧‧顯影器
dY‧‧‧差動位移
FE‧‧‧聚焦誤差
I‧‧‧照明射線/入射射線
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IL‧‧‧照明系統/照明器
IP‧‧‧照明路徑
L‧‧‧長度
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
MET‧‧‧度量衡系統
MT‧‧‧支撐結構
O‧‧‧光軸
P‧‧‧間距/週期
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
PS1‧‧‧位置感測器
PS2‧‧‧位置感測器
PU‧‧‧影像處理器及控制器/單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器或機器人
ROI‧‧‧所關注區
S‧‧‧光點
S'‧‧‧圓
S0‧‧‧間隔
S1‧‧‧間隔
S2‧‧‧間隔
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧源模組
T‧‧‧目標光柵結構/度量衡目標/聚焦度量衡圖案
T'‧‧‧影像
T”‧‧‧圖案
T+‧‧‧聚焦度量衡圖案
T+'‧‧‧影像
T-‧‧‧聚焦度量衡圖案
T-'‧‧‧影像
T(0)‧‧‧圖案
T(FE-)‧‧‧圖案
T(FE+)‧‧‧圖案
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
θ‧‧‧傾斜角
現將參看隨附示意性圖式僅藉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描繪具有反射圖案化器件之微影裝置；圖2描繪微影裝置及度量衡裝置可用於執行根據本發明之方法的微影製造單元或叢集； 圖3(包括圖3之(a)至圖3之(b))示意性地說明經調適以執行角解析散射量測及暗場成像檢測方法之檢測裝置；圖4說明在本發明之一個實施例中使用反射圖案化器件將聚焦度量衡目標形成於基板上；圖5(包括圖5之(a)至圖5之(e))示意性地展示五個實例聚焦度量衡圖案(a)至(e)之細節；圖6說明(a)在印刷圖1之微影裝置中之聚焦度量衡圖案時經隔離雙長條特徵之空中影像的形成及(b)聚焦度量衡圖案之可量測參數與焦點之間的關係之模擬；圖7說明在印刷圖5之(d)中所展示之類型之聚焦度量衡圖案時焦點相依不對稱性之引入；圖8展示包含圖5之(d)中所展示之類型之一對經偏置聚焦度量衡圖案的複合聚焦度量衡目標之形成；圖9展示圖8之目標之度量衡聚焦圖案之暗場影像，該暗場影像係使用圖3之裝置獲得；且圖10為根據本發明之一實施例之監測焦點之方法的流程圖。
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的實例環境。
圖1示意性地描繪根據本發明之一個實施例之包括源模組SO的微影裝置100。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，EUV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， 光罩或倍縮光罩)MA，且連接至經組態以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，且連接至經組態以準確地定位該基板之第二定位器PW；及-投影系統(例如，反射投影系統)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MT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)的方式固持圖案化器件MA。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。支撐結構可為框架或台，例如，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。
術語「圖案化器件」應被廣泛地解譯為係指可用於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。被賦予至輻射光束之圖案可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。
一般而言，微影中所使用之圖案化器件可為透射或反射的。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。
類似於照明系統，投影系統可包括適於所使用之曝光輻射或適於諸如真空之使用之其他因素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。可需要將真空用於EUV輻射，此係由於其他氣體可吸收過多輻射。因此，可藉助於真空壁及真空泵而將真空環境提供至整個光束路徑。
如此處所描繪，裝置屬於反射類型(例如，使用反射光罩)。本發明之聚焦度量衡技術經開發以特別用於與反射圖案化器件(倍縮光罩)一起使用，其中照明不在垂直於圖案化器件表面之平面的方向上，而是處於稍傾斜角。原則上，若出於一些原因照明引入不對稱性，則相同技術可應用於透射圖案化器件。習知地，倍縮光罩之照明被設計為對稱的，但在反射倍縮光罩之情況下，此通常不可能。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或多於兩個基板台(及/或兩個或多於兩個光罩台)之類型。在此類「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。
參看圖1，照明器IL自源模組SO接收極紫外線輻射光束。用以產生EUV光之方法包括但未必限於運用在EUV範圍內之一或多個發射譜線而將具有至少一種元素(例如，氙、鋰或錫)之材料轉換成電漿狀態。在一種此類方法(常常被稱為雷射產生電漿「LPP」)中，可藉由運用雷射光束輻照燃料(諸如，具有所需譜線發射元素之材料小滴、串流或叢集)而產生所需電漿。源模組SO可為包括雷射(圖1中未展示)之EUV輻射系統之部分，以用於提供激發燃料之雷射光束。所得電漿發射輸出輻射，例如，EUV輻射，該輸出 輻射係使用安置於源模組中之輻射收集器予以收集。舉例而言，當使用CO2雷射來提供用於燃料激發之雷射光束時，雷射與源模組可為分離實體。
在此等狀況下，不認為雷射形成微影裝置之部分，且輻射光束藉助於包含(例如)合適導向鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統而自雷射傳遞至源模組。在其他狀況下，舉例而言，當源為放電產生電漿EUV產生器(常常被稱為DPP源)時，源可為源模組之整體部分。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈的調整器。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部及/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，諸如琢面化場鏡面器件及琢面化光瞳鏡面器件。照明器可用於調節輻射光束，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，且由該圖案化器件圖案化。在自圖案化器件(例如，光罩)MA反射之後，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。藉助於第二定位器PW及位置感測器PS2(例如，干涉量測器件、線性編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台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。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器PS1可用於相對於輻射光束B之路徑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。
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，使支撐結構(例如，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。
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，同步地掃描支撐結構(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相對於支撐結構(例如，光罩台)MT之速度及方向。
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，使支撐結構(例如，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，如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列)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/或變體或完全不同的使用模式。
將理解，微影裝置在圖1中以高度示意性形式表示，但彼形式為本發明所必要之全部形式。
如圖2中所展示，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及曝光後製程之裝置。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，在不同製程裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常統稱為塗佈顯影系統(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屬性，諸如，後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)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，尤其是在可足夠迅速且快速地進行檢測而使得同一批次之其他基板仍待曝光的情況下。並且，已經曝光之基板可經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，檢測裝置係用於判定基板之屬性，且尤其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以對潛影進行有用量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後進行量測，PEB通常為對經曝光基板所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影(semi-latent)。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行 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對經顯影抗蝕劑影像進行量測。後一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之(a)示意性地展示實施所謂的暗場成像度量衡之檢測裝置的關鍵元件。該裝置可為單機器件，或併入於(例如)量測站處之微影裝置LA中或併入微影製造單元LC中。由點線O表示貫穿裝置具有若干分支之光軸。圖3之(b)中更詳細地說明目標光柵結構T及繞射射線。
如引言中所引用之先前申請案中所描述，圖3之(a)之暗場成像裝置可為可替代光譜散射計或除光譜散射計以外加以使用之多用途角解析散射計之部分。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可包括準直透鏡系統、彩色濾光器、偏振器及孔徑器件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)，較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。可視需要使用浸潤流體來獲得大於1之數值孔徑。
在此實例中，物鏡16亦用以收集已由目標散射之輻射。示意性地，展示用於此返回輻射之收集路徑CP。多用途散射計可在收集路徑中具有兩個或多於兩個量測分支。光瞳成像分支之經說明實例包含光瞳成像光學系統18及光瞳影像感測器19。亦展示成像分支，下文將更詳細地描述該成像分支。另外，其他光學系統及分支將包括於實際裝置中，(例如)以收集參考輻射以用於強度正規化、用於捕捉目標之粗略成像、用於聚焦等。可在上文所提及之先前公開案中發現此等操作之細節。
在度量衡目標T被提供於基板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(bar)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通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地被蝕刻至基板中。此等光柵中之每一者為屬性可使用檢測裝置來研究之目標結構之一實例。
照明系統12之各種組件可為可調整的以實施同一裝置內之不同度量衡「配方」。除了選擇波長(顏色)及偏振作為照明輻射之特性以外，照明系統12亦可經調整以實施不同照明輪廓。孔徑器件13之平面與物鏡16之光瞳平面及光瞳影像偵測器19之平面共軛。因此，由孔徑器件13界定之照明輪廓界定入射於基板W上、光點S中之光的角分佈。為了實施不同照明輪廓，孔徑器件13可提供於照明路徑中。孔徑器件可包含安裝於可移動滑桿或輪上之不同孔徑。其可替代地包含可程式化空間光調變器。作為另一替代方案，光纖可安置於照明光瞳平面中之不同部位處，且可選擇性地用於在其各別部位處遞送光或不遞送光。此等變化形式皆於上文所引用之文件中予以論述且例示。
在第一實例照明模式中，使用孔徑13N且提供射線30a，使得入射角如所展示在圖3之(b)中之「I」處。由目標T反射之零階射線的路徑經標註為「0」(不應與光軸「O」混淆)。在第二照明模式中，使用孔徑13S，使得可提供射線30b，在此狀況下，相較於第一模式，入射角與反射角將交換。在圖3之(a)中，第一及第二實例照明模式之零階射線經分別標註為0(13N)及0(13S)。此等照明模式兩者皆將被辨識為離軸照明模式。可出於不同目的而實施許多不同照明模式，包括同軸照明模式。
如圖3之(b)中更詳細地展示，作為目標結構之一實例的目標光柵T與垂 直於物鏡16之光軸O的基板W置放在一起。在離軸照明輪廓之狀況下，與軸線O偏離一角度而照射於光柵T上的照明射線I產生一個零階射線(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。由於照明射線30a之光束具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，因此入射射線I將實際上佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點擴散函數，每一階+1及-1將跨越角度範圍進一步擴散，而非如所展示之單一理想射線。
在用於暗場成像之收集路徑之分支中，成像光學系統20於感測器23(例如，CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標之影像T'。孔徑光闌21提供於收集路徑CP之成像分支中之平面中，該平面與物鏡16之光瞳平面共軛。孔徑光闌20亦可被稱作光瞳光闌。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑可採取不同形式一樣。與透鏡16之有效孔徑組合的孔徑光闌21判定使用散射輻射之何部分會於感測器23上產生影像。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上之目標之影像僅自一階光束形成。在兩個一階光束經組合以形成影像之一實例中，此影像將為所謂的暗場影像，其等效於暗場顯微法。作為孔徑光闌21之一實例，可使用僅允許通過同軸輻射之孔徑21a。在使用與孔徑21a組合之離軸照明之情況下，一次僅成像一階中之一者。
將由感測器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。出於此目的，執行對目標結構之不對稱性的量測。不對稱性量測可與目標結構之知識組合以獲得用於形成量測之微影製程之效能參數之量測。可以此方式予以量測 之效能參數包括(例如)疊對、焦點及劑量。提供目標之特殊設計以允許經由同一基礎不對稱性量測方法對不同效能參數進行此等量測。
再次參看圖3之(b)及具有射線30a之第一實例照明模式，來自目標光柵之+1階繞射射線將進入物鏡16且促成記錄於感測器23處之影像。當使用第二照明模式時，射線30b以與射線30b相反之角度入射，且因此-1階繞射射線進入接物鏡且促成影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌21a阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，照明模式可運用在X及Y方向上之離軸照明加以界定。
藉由比較在此等不同照明模式下之目標光柵之影像，可獲得不對稱性量測。替代地，可藉由保持同一照明模式但旋轉目標來獲得不對稱性量測。雖然展示離軸照明，但可替代地使用目標之同軸照明，且可使用經修改之離軸孔徑21以將繞射光之實質上僅一個一階傳遞至感測器。在另一實例中，一對離軸稜鏡21b與同軸照明模式組合使用。此等稜鏡具有將+1及-1階轉向至感測器23上之不同部位的效應，使得可偵測到且比較+1及-1階而無需兩個依序影像捕捉步驟。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。代替一階光束或除了一階光束以外，二階、三階及高階光束(圖3中未展示)亦可用於量測中。作為另一變體，離軸照明模式可保持恆定，而目標自身在物鏡16下方旋轉180度以使用相反繞射階來捕捉影像。
在以下揭示內容中，將說明用於量測在反射類型之圖案化器件上使用傾斜照明的微影製程之聚焦效能的技術。此等技術可尤其應用於EUV微影中，在此情況下需要近真空環境中之反射光學件。在印刷產品特徵的同時，將於基板上印刷包括某些聚焦度量衡圖案之度量衡目標。將使用(例如)圖3 之裝置中的基於繞射之技術來量測此等經印刷圖案之不對稱性。為了允許使用小目標，將假定，將使用裝置之暗場成像分支來執行此等不對稱性量測。然而，亦可使用光瞳成像分支來對不對稱性進行基於繞射之量測。當然，圖3中所展示之裝置僅為可用於量測不對稱性之檢測裝置及方法的一個實例。
在於DUV波長範圍內工作之微影裝置的上下文中，已成功地設計並使用基於繞射之焦點(DBF)量測的目標。藉由將子分段特徵包括於倍縮光罩上之光柵圖案中而產生已知類型之DBF目標。在更多固體特徵旁邊，此等特徵具有小於微影裝置之成像解析度的尺寸。因此，其不作為抗蝕劑層中之個別特徵而印刷於基板上，但其以對聚焦誤差敏感之方式影響固體特徵之印刷。具體言之，此等特徵之存在針對DBF度量衡目標內之光柵中之每一線產生不對稱抗蝕劑輪廓，其中不對稱性之程度取決於焦點。因此，諸如圖3之檢測裝置之度量衡工具可自形成於基板上之目標量測不對稱性之程度且將此平移至掃描器焦點中。
不幸的是，已知DBF度量衡目標設計不適合用於所有情形。在EUV微影中，抗蝕劑膜厚度顯著小於DUV浸潤微影中所使用之彼等抗蝕劑膜厚度，此使得難以自形成目標之部分的結構之不對稱輪廓提取準確不對稱性資訊。另外，由於成像系統之解析度在EUV微影中本質上較高，因此具有小於DUV浸潤微影之印刷解析度之尺寸的特徵變成可藉由EUV微影印刷之「固體」特徵。將類似子解析度特徵提供於EUV倍縮光罩上通常不可行，及/或可能違反半導體製造商之「設計規則」。此類規則通常作為用以限制特徵設計以確保經印刷特徵符合其製程要求之手段而建立。在任何狀況下，超出設計規則之工作使得難以模擬對DBF目標執行製程，使得最佳目 標設計及焦點量測之校準變成試誤事務。
圖4說明根據本發明之量測微影裝置之聚焦效能之方法的原理。在所揭示之方法中，微影裝置用於將至少一個聚焦度量衡圖案T印刷於基板W上。經印刷聚焦度量衡圖案T包含在至少一個方向上為週期性之特徵陣列。出於此實例之目的，聚焦度量衡圖案T在Y方向上為週期性的，Y方向對應於微影裝置之掃描方向。在所描述之類型的微影裝置中，在Y-Z平面內，照明之方向處於傾斜角。使得聚焦度量衡圖案T在此Y方向上為週期性的，以利用成像製程中由此照明傾斜引起之不對稱性。藉由量測經印刷聚焦度量衡圖案之不對稱性，可(例如)使用上文所描述之類型之檢測裝置來導出聚焦效能之量測。
圖案化器件MA包含用以界定一或多個器件圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射及非反射部分。作為本發明之所關注度量衡圖案之一種類型，待形成於基板W上之聚焦度量衡圖案T由形成於反射圖案化器件MA上之對應圖案T”界定。倍縮光罩之部分之放大細節展示於402處。藉由運用以傾斜角θ入射之EUV輻射404照明倍縮光罩而在圖1之微影裝置中執行將此圖案轉印至基板W上之抗蝕劑層上的印刷操作，傾斜角θ可(例如)在5°至10°之範圍內。攜載度量衡目標圖案(及需要印刷於基板上之所有產品特徵)之資訊的經反射輻射406進入投影系統PS。倍縮光罩之基底為反射結構408，反射結構408通常為多層結構，其經調適以反射微影裝置中所使用之輻射的波長。EUV輻射通常短於20奈米。舉例而言，基於錫電漿輻射源而在當前實施中使用大約13.5奈米之波長。
在反射結構408之頂部上，提供輻射吸收結構410，輻射吸收結構410可包含EUV吸收材料層，且視情況包含保護罩蓋層。根據需要印刷於基板 上之圖案，選擇性地移除結構410以便留下反射部分412、414及非反射部分416。取決於所使用之抗蝕劑材料之類型，經顯影圖案可具有對應於反射部分之抗蝕劑特徵(負型色調抗蝕劑)或對應於非反射部分之抗蝕劑特徵(正型色調抗蝕劑)。對於本說明，將假定正型抗蝕劑製程，但本發明之教示可實際上由熟習此項技術者調適為任一類型之製程。
聚焦度量衡圖案T包含在週期性方向上具有長度L之光柵圖案。在此實例中，週期性方向為Y方向，如所提及。對結構之週期P加標記，且展示包括重複單元420中之一者的圖案之放大部分。每一重複單元包含一或多個第一特徵422及一或多個第二特徵424之群組。在此實例中，第一特徵422之每一群組包含由倍縮光罩部分402上之窄反射部分412界定的雙長條結構。熟習此項技術者將理解，典型微影裝置之投影系統PS將在將來自圖案化器件MA之圖案印刷至基板W上時應用預定縮小因數。因此，在以下實例中給出之特徵之尺寸應理解為係指如印刷於基板上之特徵的大小，且諸如倍縮光罩402之圖案化器件上之對應特徵的大小將實體地大幾倍。在以下描述中，此比例因數應被認為理所當然的，且不會再次提及。
印刷步驟中所使用之輻射(例如，EUV輻射)之波長比通常用於量測圖3之檢測裝置之不對稱性的輻射之波長短得多。EUV輻射可被定義為在0.1奈米至100奈米之範圍內的輻射，而印刷步驟中所使用之輻射的波長可(例如)小於20奈米。在一些實施例中，檢測裝置可使用在350奈米至800奈米之範圍內的一或多個波長下之可見光輻射或紅外線輻射。在此類狀況下，印刷步驟中所使用之輻射的波長可比量測不對稱性時所使用之輻射的波長短十倍或更多倍。在其他實例中，量測輻射之波長可短於350奈米，例如，在200奈米至350奈米或甚至100奈米至200奈米之範圍內。
無論將何種輻射波長用於圖案之印刷及其量測，聚焦度量衡圖案均含有具有經調適以符合此等條件之一系列屬性的特徵。第一特徵422經設計以具有類似於作為產品圖案之部分加以印刷之最小特徵的尺寸。若此並非如此，則使用聚焦度量衡圖案T來量測之聚焦效能無法準確地表示所關注實際產品特徵中之聚焦效能。第一特徵之每一群組可因此包含兩個或多於兩個長條或在週期性方向上各自具有小於50奈米之尺寸CD的其他特徵。在一個實例中，此等特徵之線寬可為22奈米。第一特徵之間的間隔亦可小於50奈米，且相同或類似於每一第一特徵之尺寸CD，可為(例如)22奈米。
另一方面，鑒於檢測裝置中所使用之較長波長(甚至允許可應用使用較短波長之檢測裝置的事實)，此等個別第一特徵過小以至於無法由檢測裝置直接地解析。藉由將第一特徵之群組配置於具有與檢測裝置波長相當之總間距P的光柵圖案中，圖案之整個繞射光譜變得可由檢測裝置訪問，且可推斷較小特徵之屬性。光柵圖案之間距P可為(例如)600奈米。光柵圖案之總長度L可為(例如)5微米。此大小允許圖案包括於器件區域內，但仍使用圖3之檢測裝置之暗場成像分支來解析。(若待使用光瞳成像分支來進行量測，則通常需要較大目標，使得照明光點S可完全置放於光柵內。)
在將此等尺寸放置在一起的情況下，將瞭解，第一特徵422之鄰近群組之間的間隔S1比每一群組內之第一特徵之間的間隔S0大得多。間隔S1可(例如)比群組內之第一特徵之間的間隔大四倍、五倍、六倍、八倍或十倍。在所說明之實例中，在第一特徵之間距P為600奈米且線寬為22奈米之情況下，間隔S1可超過500奈米。一般而言，若特徵之間的空間為特徵自身之五倍或六倍尺寸，則熟習成像技術者將考慮有效地隔離特徵。
第一特徵之群組之間的間隔未必為空的。在所說明之實例中，作為視 情況選用之特徵，第二特徵424由倍縮光罩上之較寬反射部分414界定。第一特徵與(視情況)第二特徵之間的寬空間由非反射部分416界定。換言之，在此實例中，聚焦度量衡圖案T進一步包含配置於第一特徵之鄰近群組之間的第二特徵。第二特徵與第一特徵之區別在於每一第二特徵在週期性方向上具有大於第一特徵之尺寸的尺寸。在一個實例中，每一第二特徵424之寬度可為約100奈米。給定600奈米之總光柵間距，第一特徵之群組與鄰近第二特徵之間的間隔S2(在此實例中)仍比第一特徵之每一群組內之第一特徵之間的間隔大若干倍。間隔S2可(例如)比每一群組內之第一特徵之間的間隔S0大四倍、五倍、六倍、八倍或十倍。
圖5說明可使用之各種聚焦度量衡圖案，且當然可基於本文中所揭示之原理而設想其他實例。在所有實例中，僅展示圖案之小部分，包括具有間距P之重複單元。圖5之(a)之實例僅包含第一特徵422之群組，其中第一特徵之群組之間的間隔S1比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸(線寬)CD大得多，且比每一群組內之第一特徵之間的間隔S0大得多。此實例類似於圖4中所說明之圖案，但省略了第二特徵。應理解，為了使用反射倍縮光罩402來實現此圖案，將省略反射部分414。在一些實施例中，作為第一特徵422之長條將在通常為反射的背景內由倍縮光罩上之窄非反射部分界定，而在其他實施例中，第一特徵422可在通常為非反射的背景內由反射長條412界定。在任一狀況下，對正型色調抗蝕劑或負型色調抗蝕劑之選擇將判定此等第一特徵是否表示為經顯影聚焦度量衡圖案中之剩餘抗蝕劑，或判定其是否表示為不存在抗蝕劑。本發明之原理在所有此等變體中相同。
考慮到倍縮光罩402之三維性質，與非垂直照明404之陰影效應組合，微影裝置之投影系統PS以取決於焦點之方式印刷聚焦度量衡圖案之第一 特徵。圖6之(a)示意性地說明由抗蝕劑附近之投影系統形成的「空中影像」之形成。豎直軸表示Z方向上之在已施加輻射敏感抗蝕劑塗層之基板表面附近的聚焦誤差FE。水平軸表示Y方向，Y方向亦為光柵圖案T之週期性方向。展示單一雙長條特徵之空中影像，應理解，此圖案跨越印刷光柵之區域而重複。
如成像實踐中所熟知，經印刷圖案最佳地界定於由零聚焦誤差表示之焦點平面中。在焦點平面之上及之下，空中影像之強度較小。然而，歸因於使用EUV微影裝置之反射光學件的成像之三維性質，空中影像不僅在最佳焦點平面之上及之下減弱，且亦失真，使得每一個別特徵之空中影像傾斜。此由虛線示意性地指示，且將看到，雙長條特徵之每一長條在其空中影像中具有不同傾角，且經印刷長條之邊緣因此將展現對聚焦誤差之不同敏感度。所提供之說明僅為大致的，且其他效應出現在實際空中影像中。
取決於產生第一特徵之不對稱性所藉以之主要機構，可預期經隔離雙長條圖案之抗蝕劑輪廓將展現比具有緊密接近之三個、四個或多於四個長條之單長條圖案更強的焦點相依不對稱性。然而，本發明並不限於雙長條圖案，且第一特徵之每一群組可包含任何數目個第一特徵，包括僅單一第一特徵。如下文中將說明，第一特徵自身之抗蝕劑輪廓之不對稱性並非可將不對稱性引入於聚焦度量衡圖案中所藉以之唯一機構。
因此，返回至雙長條實例，可藉由提供具有所說明之類型之經隔離雙長條特徵的圖案且量測經印刷圖案之不對稱性來量測聚焦誤差。此外，如在圖6之(b)之曲線圖中所見，經印刷長條之有效位置以一量dY位移，量dY隨著聚焦誤差FE變化。若聚焦度量衡圖案經設計以使得可量測窄長條特徵之位移，則可藉由量測此位移來獲得焦點之量測。所說明曲線圖係基於使 用圖5之(b)之實例的模擬，該實例亦將被辨識為圖4中所說明之實例。允許量測位移dY之一種方式為在彼實例圖案中提供較寬特徵，諸如第二特徵424。無論使用哪些實例，位移均導致形成於抗蝕劑中之光柵圖案的不對稱性，使得聚焦效能之量測可自不對稱性之量測導出。
用以解譯窄特徵與寬特徵之間的差動位移之另一方式為將光柵圖案視為具有第一空間頻率及第二空間頻率之特徵。具有不同空間頻率(間距)之光柵將隨著焦點變化而經歷不同置放。總之，可藉由利用以下兩個不同效應中之任一者或兩者而將不對稱性引入至經印刷圖案中：圖案特徵自身之失真，及窄特徵與寬特徵之差動位移。雖然量測不對稱性為量測兩個類型之特徵之間的相對位移之一種方式，但可採用量測第一特徵之位移的任何方法。藉由除不對稱性以外之某一方法量測不同類型之特徵之間的相對位移可為一方法。量測第一特徵相對於某一其他參考之位移可為一方法。換言之，對經印刷圖案之不對稱性的量測僅為量測使用具有第一特徵之圖案化器件獲得的圖案之焦點相依失真及/或位移的一個便利方法。若較佳，則可採用其他方法。
返回至圖5，在(c)處說明另一實例聚焦度量衡圖案。除了第二特徵424之群組而非僅單一第二特徵提供於第一特徵之群組之間之外，此實例具有與圖5之(b)之圖案相同的屬性。並且，在此實例中，僅藉助於實例，第一特徵之每一群組包含雙長條圖案。如在先前實例中，第一特徵422之群組之間的間隔比群組內之第一特徵之間的間隔大得多。另外，第一特徵之每一群組與第二特徵424之鄰近群組之間的間隔亦比每一群組內之第一特徵之間的間隔大得多。
在此實例中，具有窄尺寸及較寬尺寸之特徵之群組的差動位移產生可 作為焦點之表示而量測的不對稱性信號。與先前實例相比，對此目標之量測可對由除焦點以外之製程變化引起的圖案之改變較不敏感。另一方面，可存在對焦點之敏感度的一些損耗。可基於此等因素之折衷而選擇適當的目標設計。雖然第一特徵可具有對應於形成待印刷於基板上之產品圖案之部分的最狹窄特徵之尺寸CD，但第二特徵可具有對應於產品圖案之一些其他特徵的尺寸CD2。應理解，同一產品圖案中之具有不同尺寸之特徵之間的恰當對齊對於成品之效能可為重要的。
在另一實例中，如圖5之(d)中所說明，聚焦度量衡圖案包含光柵結構，在光柵結構中，窄第一特徵422之群組實質上填充由較寬第二特徵424形成之光柵中的空間。換言之，在此實例中，第一特徵之群組與鄰近第二特徵之間的間隔S2類似於每一第一特徵在週期性方向上之尺寸CD1，且類似於每一群組內之第一特徵之間的間隔S0。同時，第一特徵之群組之間的間隔S1保持比每一群組內之個別第一特徵之間的間隔大得多。
現參看圖7，吾人說明影響圖5之(d)之實例聚焦度量衡圖案中之第一特徵及第二特徵的差動位移之效應。印刷圖案T(0)，正如在圖5之(d)中所說明。此圖案可確切對應於經適當修改之倍縮光罩402上之反射及非反射部分的圖案。然而，如已表明，窄特徵及寬特徵在於某一程度的聚焦誤差下印刷時將變得失真及/或移位。因此，當負聚焦誤差存在時，稍微不同的圖案T(FE-)將印刷於基板上。作為第一特徵之窄線以相對於寬線之小差動位移dY而變得移位，如所說明。類似地，當正聚焦誤差存在時，另一不同圖案T(FE+)將印刷於基板上。作為第一特徵之窄線以在相反方向上之小差動位移dY而變得移位。雖然此說明中之移位可誇示，但將看到，第一特徵與第二特徵之差動位移將不對稱性引入於經印刷圖案中，該不對稱性不存在於 「理想」經印刷圖案T(0)中。對此圖案之不對稱性的量測可因此產生聚焦誤差之量測。
在一些實施例中，如圖8中所說明，在同一步驟中印刷兩個或多於兩個類似聚焦度量衡圖案。此等圖案「經偏置」，此意謂，除了第一特徵相對於第二特徵之定位的經程式化偏移之外，該等圖案相同。圖8展示一對聚焦度量衡圖案T+及T-。此等圖案經並排印刷，且可(例如)在圖3之檢測裝置之暗場成像模式下使用輻射光點S來同時成像。換言之，可藉由使用由裝置收集之+1及-1階繞射輻射來拍攝第一及第二影像而對此等聚焦度量衡圖案兩者之不對稱性進行量測。圖9中展示一個此類影像。舉例而言，深色矩形表示經記錄於圖3之裝置中之感測器23上的暗場影像。圓S'指示成像至偵測器上的輻射光點S之區域。較亮矩形T-'及T+'表示該對聚焦度量衡圖案T-及T+之影像。來自每一目標之一個繞射階之強度可藉由(例如)界定較亮矩形中之每一者內之所關注區ROI且對像素值取平均值來量測。針對相反繞射階重複此量測允許計算不對稱性。在使用圖3中所展示之稜鏡21b的替代量測方法中，實際上接著可同時捕捉兩個圖案之兩個影像。
應注意，圖8中所展示之圖案中之每一者藉由第一特徵相對於第二特徵之位移(偏移)而「經預程式化」。因此，在零聚焦誤差下，圖案T-將印刷成類似於圖7中之圖案T(FE-)。隨著聚焦誤差在正方向上變化，圖案將印刷成更類似於中性或標稱圖案T(0)，且其不對稱性將減小。相反，在零聚焦誤差下，圖案T+將印刷成類似於圖7中之圖案T(FE+)。隨著聚焦誤差在負方向上變化，其不對稱性將減小。在已知技術中之對焦點及/或疊對的基於繞射之量測中，使用兩個或多於兩個經偏置目標允許獲得不對稱性之差動量測。將此等差動量測與經程式化偏移之知識組合允許導出聚焦誤差之量 測，同時抵消其他製程相依變量。如現於圖8之實例中所說明，經偏置目標可經設計以在本發明之聚焦度量衡圖案中獲得相同益處。
該方法依賴於目標之不對稱性(或其他屬性)與曝光(印刷)期間之聚焦誤差之間存在已知關係的事實。此關係應為單調變化函數(亦即，針對正聚焦及負聚焦，不對稱性之正負號應不同)。當此關係為已知的(例如，藉由計算方式)時，兩個目標可設計成模仿正聚焦及負聚焦之行為。實際聚焦位置現可自對兩個目標之不對稱性量測提取。
返回至圖5，在(e)處說明另一實例聚焦度量衡圖案。在此實例中，包含第一特徵422之群組的聚焦度量衡圖案與在單獨印刷步驟中印刷之第二特徵之陣列對齊地印刷於同一基板上。如所熟知，典型微影製造製程涉及將許多不同圖案印刷於連續層中以最終界定功能產品之結構。在所說明之實例中，第二特徵424印刷於基板上之不同層中，在第一特徵422之上或之下。換言之，將特徵提供於一個圖案化器件上以界定聚焦度量衡圖案之第一特徵，且將特徵提供於另一圖案化器件上以界定第二特徵。在其他實例中，在單獨印刷步驟中印刷之圖案可在同一層中組合，使得可在單獨步驟中印刷實例(b)、(c)、(d)中之任一者。如前所述，第一特徵相對於第二特徵之差動位移將導致經印刷圖案之不對稱性。此差動位移當然亦將包括兩個印刷步驟之間的疊對誤差。可使用印刷於附近之其他度量衡目標來量測此疊對，且實際疊對誤差可自於聚焦度量衡圖案上量測到之疊對誤差減去，以隔離與聚焦誤差相關聯之差動位移。由於第二特徵比第一特徵寬得多，因此其對聚焦誤差及其定位相對不敏感。因此，應理解，印刷步驟為用於印刷包括第一特徵之聚焦度量衡圖案的步驟，該聚焦度量衡圖案為聚焦誤差得以量測之聚焦度量衡圖案。
圖10為根據例示性實施例之用於量測微影製程之聚焦效能的方法之步驟的流程圖。該方法可使用上文所描述及圖式中所說明之實例聚焦度量衡圖案中之任一者來執行。步驟如下，且接著此後對其進行更詳細地描述：1000-藉由運用度量衡目標界定產品設計及製備一組合適的圖案化器件(倍縮光罩)開始；1010-將一或多個聚焦度量衡圖案印刷於基板上之產品圖案旁；1020-使用合適的檢測裝置來量測每一聚焦度量衡圖案之繞射光譜之一部分的強度(例如，+1階為繞射光譜之合適部分)；1030-使用檢測裝置來量測每一聚焦度量衡圖案之繞射光譜之相反部分(例如，-1階)的強度；1040-藉由比較相反繞射階之強度來計算一或多個聚焦度量衡圖案之不對稱性之量測；1050-使用不對稱性量測且視情況將不對稱性量測與聚焦度量衡圖案之間的經程式化偏移之知識及/或其他量測(諸如，實際疊對效能)一起使用以在印刷聚焦度量衡圖案時計算聚焦誤差；1060-在焦點設定中使用經導出焦點量測以用於在後續基板上曝光；1070-結束或重複。
如已解釋，步驟1020及步驟1030可作為單一步驟執行，使得聚焦度量衡圖案之相反繞射階可在單次獲取中獲得。另外，在存在經量測之多於兩個目標的情況下，可在單次獲取中量測所有目標以獲得對應數目個量測值。
儘管量測步驟展示為由作為專用檢測裝置之散射計進行，但此可為單機裝置，或其可整合於微影製造單元中。此外，可在無專用度量衡裝置之情況下(例如)使用具有提供於微影裝置中之對準感測器的合適目標進行不 對稱性量測。
計算步驟1040及1050可全部在檢測裝置之處理器中執行，或可在與微影裝置之監測及控制相關聯的不同處理器中執行。每一步驟可由經程式化處理器執行，且檢測裝置可經修改以執行焦點量測方法而無硬體修改為所揭示之技術之優點。
結論
總之，可藉由以下操作改良使用微影製程來製造器件之方法：執行如本文中所揭示之焦點量測方法，使用該焦點量測方法來量測經處理基板以量測微影製程之效能參數，及調整製程之參數(尤其是焦點)以改良或維持微影製程之效能以用於後續基板之處理。
雖然包括上文所描述之聚焦度量衡圖案的目標結構為出於量測之目的而特定設計並形成之度量衡目標，但在其他實施例中，可針對作為形成於基板上之器件之功能性部分的目標量測屬性。許多器件具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語「度量衡圖案」及「度量衡目標」及其類似者不需要特定針對所執行之量測提供結構。
與界定在基板及圖案化器件上實現之聚焦度量衡圖案的實體光柵結構相關聯，實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列的電腦程式，該等機器可讀指令描述設計聚焦度量衡圖案、度量衡配方及/或控制檢測裝置以實施照明模式及彼等度量衡配方之其他態樣的方法。可(例如)在用於設計/控制製程之單獨電腦系統中執行此電腦程式。如所提及，可在圖3之裝置中之單元PU及/或圖2之控制單元LACU內完全或部分地執行計算及控制步驟。亦可提供儲存有此類電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。
在以下經編號條項中提供根據本發明之其他實施例：
1.一種量測一微影裝置之聚焦效能的方法，該方法包含：(a)使用該微影裝置以將至少一個聚焦度量衡圖案印刷於一基板上，該經印刷聚焦度量衡圖案包含在至少一個方向上為週期性之一特徵陣列；(b)量測該經印刷聚焦度量衡圖案之一屬性；及(c)自該屬性之該量測導出聚焦效能之一量測，其中該聚焦度量衡圖案係由一圖案化器件界定，且藉由運用以一傾斜角入射之圖案化輻射照明該圖案化器件來執行步驟(a)中之該印刷，且其中該聚焦度量衡圖案包含第一特徵之群組之一週期性陣列，每一群組包含一或多個第一特徵，且其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
2.如條項1之方法，其中第一特徵之鄰近群組之間的該間隔比每一第一特徵在該週期性方向上之該尺寸大四倍。
3.如條項1或2之方法，其中步驟(b)包含藉由量測該聚焦度量衡圖案之一繞射光譜之不對稱性來量測作為該經印刷圖案之一屬性之不對稱性。
4.如條項1、2或3之方法，其中該印刷步驟(a)中所使用之輻射之一波長比該量測步驟(b)中所使用之輻射之一波長短。
5.如條項4之方法，其中該印刷步驟中所使用之輻射之該波長小於20奈米，且該量測步驟中所使用之該波長大於100奈米，該等第一特徵在該週期性方向上各自具有小於50奈米之一尺寸。
6.如任何前述條項之方法，其中第一特徵之每一群組包含兩個或多於兩個第一特徵，第一特徵之鄰近群組之間的該間隔比每一群組內之該等第一特徵之間的一間隔大得多。
7.如任何前述條項之方法，其中第一特徵之該等群組中之每一者包含恰好兩個第一特徵。
8.如任何前述條項之方法，其中該聚焦度量衡圖案進一步包含配置於第一特徵之該等鄰近群組之間的第二特徵，每一第二特徵具有大於該等第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的一尺寸。
9.如條項8之方法，其中兩個或多於兩個第二特徵之群組配置於第一特徵之該等鄰近群組之間。
10.如條項8或9之方法，其中第一特徵之一群組與一鄰近第二特徵之間的一間隔比每一第一特徵之該尺寸大四倍。
11.如條項8或9之方法，其中第一特徵之一群組與一鄰近第二特徵之間的一間隔類似於每一第一特徵在該週期性方向上之該尺寸。
12.如條項1至7中任一項之方法，其中包含第一特徵之群組的該聚焦度量衡圖案與在一單獨印刷步驟中經印刷之第二特徵之一陣列對齊地印刷於同一基板上。
13.如條項12之方法，其中該等第二特徵印刷於該基板之一不同層中，在第一特徵之該等群組之上或之下。
14.如任何前述條項之方法，其中該聚焦度量衡圖案為在同一步驟(a)中經印刷之兩個或多於兩個類似聚焦度量衡圖案中之一者，除了該等第一特徵相對於該等第二特徵之定位的一經程式化偏移之外，該兩個或多於兩個聚焦度量衡圖案相同。
15.一種供用於一微影裝置中之圖案化器件，該圖案化器件包含用以界定一或多個器件圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案，該聚焦度量衡圖案包 含第一特徵之群組之一週期性陣列，每一群組包含一或多個第一特徵，且其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
16.如條項15之圖案化器件，其中第一特徵之鄰近群組之間的該間隔比每一第一特徵在該週期性方向上之該尺寸大四倍。
17.如條項15或16之圖案化器件，其中該等反射部分經調適以反射該微影裝置中所使用之輻射的一波長，該波長短於20奈米，且其中當由該微影裝置印刷時，每一第一特徵在該週期性方向上具有小於50奈米之一尺寸。
18.如條項17之圖案化器件，其中當由該微影裝置印刷時，該聚焦度量衡圖案之一週期大於100奈米。
19.如條項15至18中任一項之圖案化器件，其中第一特徵之每一群組包含兩個或多於兩個第一特徵。
20.如條項15至19中任一項之圖案化器件，其中第一特徵之該等群組中之每一者包含恰好兩個第一特徵。
21.如條項15至20中任一項之圖案化器件，其中該聚焦度量衡圖案進一步包含配置於第一特徵之該等鄰近群組之間的第二特徵，每一第二特徵具有大於該等第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的一尺寸，且其中第一特徵之一群組與一鄰近第二特徵之間的一間隔比每一第一特徵之該尺寸大四倍。
22.如條項21之圖案化器件，其經調適以界定兩個或多於兩個第二特徵之群組，第二特徵之該等群組配置於第一特徵之該等鄰近群組之間。
23.如條項5至20中任一項之圖案化器件，其中該聚焦度量衡圖案進一步包含配置於第一特徵之該等鄰近群組之間的兩個或多於兩個第二特徵 之群組，每一第二特徵具有大於該等第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的一尺寸，且其中第一特徵之一群組與一鄰近第二特徵之間的一間隔類似於該群組內之第一特徵之間的該間隔。
24.如條項15至20中任一項之圖案化器件，其與界定第二特徵之一第二圖案化器件組合，使得包含第一特徵之群組的該聚焦度量衡圖案與在一單獨印刷步驟中經印刷之第二特徵之一陣列對齊地印刷於同一基板上。
25.如條項21至24中任一項之圖案化器件，其中該聚焦度量衡圖案為由同一圖案化器件界定之兩個或多於兩個類似聚焦度量衡圖案中之一者，除了該等第一特徵相對於該等第二特徵之定位的一經程式化偏移之外，該兩個或多於兩個聚焦度量衡圖案相同。
26.一種用於量測一微影製程之一參數的度量衡裝置，該度量衡裝置可操作以執行如條項1至14中任一項之方法之步驟(b)及(c)。
27.如條項26之度量衡裝置，其包含：該基板之一支撐件，該基板上具有複數個目標；一光學系統，其用於捕捉由每一目標散射之輻射；及一處理器，其用於基於該經捕捉散射輻射之不對稱性而導出該微影製程之聚焦效能之該量測。
28.一種微影系統，其包含：一微影裝置，其包含：一照明光學系統，其經配置以照明一反射圖案化器件；一投影光學系統，其經配置以將該圖案化器件之一影像投影至一基板上；及一如條項26或27之度量衡裝置， 其中該微影裝置經配置以在將圖案施加至其他基板時使用由該度量衡裝置導出的聚焦效能之量測。
29.一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在於合適的經處理器控制之裝置上執行時，致使該經處理器控制之裝置執行如條項1至14中任一項之方法之步驟(b)及/或(c)。
30.一種電腦程式載體，其包含如條項29之電腦程式。
31.一種製造器件之方法，其中使用一微影製程將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：-使用如條項1至14中任一項之方法來量測該微影製程之聚焦效能，及-根據該經量測聚焦效能針對稍後基板而控制該微影製程。
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奈米之範圍內的波長)，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。
本發明之廣度及範疇不應由上文所描述之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。
402‧‧‧倍縮光罩部分/倍縮光罩
404‧‧‧極紫外線(EUV)輻射
406‧‧‧經反射輻射
408‧‧‧反射結構
410‧‧‧輻射吸收結構
412‧‧‧反射部分/反射長條
414‧‧‧反射部分
416‧‧‧非反射部分
420‧‧‧重複單元
422‧‧‧第一特徵
424‧‧‧第二特徵
CD‧‧‧臨界尺寸
L‧‧‧長度
MA‧‧‧圖案化器件
P‧‧‧間距/週期
S0‧‧‧間隔
S1‧‧‧間隔
S2‧‧‧間隔
T‧‧‧目標光柵結構/度量衡目標/聚焦度量衡圖案
T”‧‧‧圖案
W‧‧‧基板
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
θ‧‧‧傾斜角

Claims (15)

  1. 一種量測一微影裝置之聚焦效能的方法，該方法包含：(a)使用該微影裝置以將至少一個聚焦度量衡圖案(focus metrology pattern)印刷於一基板上，該經印刷聚焦度量衡圖案包含在至少一個方向上為週期性之一特徵陣列；(b)量測該經印刷聚焦度量衡圖案之一屬性；及(c)自該屬性之該量測導出聚焦效能之一量測，其中該聚焦度量衡圖案係由一圖案化器件界定，且藉由運用以一傾斜角(oblique angle)入射之圖案化輻射照明該圖案化器件來執行步驟(a)中之該印刷，且其中該聚焦度量衡圖案包含沿一第一方向延伸之第一特徵之群組之一週期性陣列，每一群組包含經配置以關於沿該第一方向延伸之一軸對稱之一或多個第一特徵，其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
  2. 如請求項1之方法，其中第一特徵之鄰近群組之間的該間隔大於每一第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的四倍。
  3. 如請求項1或2之方法，其中步驟(b)包含藉由量測該聚焦度量衡圖案之一繞射光譜之不對稱性來量測作為該經印刷圖案之一屬性之不對稱性。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該印刷步驟(a)中所使用之輻射之一波長比該量測步驟(b)中所使用之輻射之一波長短。
  5. 如請求項1或2之方法，其中第一特徵之每一群組包含兩個或多於兩個第一特徵，第一特徵之鄰近群組之間的該間隔比每一群組內之該等第一特徵之間的一間隔大得多。
  6. 如請求項1或2之方法，其中第一特徵之該等群組中之每一者包含恰好兩個第一特徵。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該聚焦度量衡圖案進一步包含配置於第一特徵之該等鄰近群組之間的第二特徵，每一第二特徵具有大於該等第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的一尺寸。
  8. 如請求項1或2之方法，其中包含第一特徵之群組的該聚焦度量衡圖案與在一單獨印刷步驟中經印刷之第二特徵之一陣列對齊地印刷(printed in registration)於同一基板上。
  9. 一種供用於一微影裝置中之圖案化器件，該圖案化器件包含用以界定一或多個器件圖案及一或多個度量衡圖案之特徵的反射及非反射部分，該等度量衡圖案包括至少一個聚焦度量衡圖案，該聚焦度量衡圖案包含沿一第一方向延伸之第一特徵之群組之一週期性陣列，每一群組包含經配置以關於沿該第一方向延伸之一軸對稱之一或多個第一特徵，其中該聚焦度量衡圖案內之第一特徵之鄰近群組之間的一間隔比每一第一特徵在週期性方向上之尺寸大得多。
  10. 如請求項9之圖案化器件，其中第一特徵之鄰近群組之間的該間隔大於每一第一特徵在該週期性方向上之該尺寸的四倍。
  11. 如請求項9或10之圖案化器件，其中該等反射部分經調適以反射該微影裝置中所使用之輻射的一波長，該波長短於20奈米，且其中當由該微影裝置印刷時，每一第一特徵在該週期性方向上具有小於50奈米之一尺寸。
  12. 一種用於量測一微影製程之一參數的度量衡裝置，其中該微影製程包含印刷至少一個聚焦度量衡圖案，該度量衡裝置可操作以執行如請求項1至8中任一項之方法之步驟(b)及(c)。
  13. 一種微影系統，其包含：一微影裝置，其包含：一照明光學系統，其經配置以照明一反射圖案化器件；一投影光學系統，其經配置以將該圖案化器件之一影像投影至一基板上；及一如請求項12之度量衡裝置，其中該微影裝置經配置以在將圖案施加至其他基板時使用由該度量衡裝置導出的聚焦效能之量測。
  14. 一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在於合適的經處理器控制之裝置上執行時，致使該經處理器控制之裝置印刷至少 一個聚焦度量衡圖案及執行如請求項1至8中任一項之方法之步驟(b)及/或(c)。
  15. 一種製造器件之方法，其中使用一微影製程將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1至8中任一項之方法來量測該微影製程之聚焦效能，及根據該經量測聚焦效能針對稍後基板而控制該微影製程。
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